«Зна­ния, не про­ве­рен­ные опы­том, ма­те­рью вся­кой до­сто­вер­но­сти, бес­плод­ны и полны оши­бок»

Лео­нар­до да Винчи

Из данного урока вы узнаете, в чем заключается сущность химической реакции с позиции атомно-молекулярной теории. Урок посвящен изучению одного из важнейших законов химии – закона сохранения массы веществ.

I. Сущность химической реакции с позиции атомно-молекулярной теории

Во­прос о сущ­но­сти хи­ми­че­ско­го пре­вра­ще­ния дол­гое время оста­вал­ся за­гад­кой для есте­ство­ис­пы­та­те­лей. Толь­ко с раз­ви­ти­ем атом­но-мо­ле­ку­ляр­ной тео­рии стало воз­мож­ным пред­по­ло­жить, как на уровне ато­мов и мо­ле­кул про­ис­хо­дят хи­ми­че­ские ре­ак­ции.

В со­от­вет­ствие с атом­но-мо­ле­ку­ляр­ной тео­ри­ей, ве­ще­ства со­сто­ят из мо­ле­кул, а мо­ле­ку­лы – из ато­мов. В ходе хи­ми­че­ской ре­акции атомы, вхо­дя­щие в со­став ис­ход­ных ве­ществ, не ис­че­за­ют и не по­яв­ля­ют­ся новые атомы.

Тогда, мы можем пред­по­ло­жить, что в ре­зуль­та­те хи­ми­че­ской ре­ак­ции про­дук­ты ре­ак­ции об­ра­зу­ют­ся из ато­мов, ко­то­рые ранее вхо­ди­ли в со­став ис­ход­ных ве­ществ. Вот мо­дель хи­ми­че­ской ре­ак­ции:

Про­ана­ли­зи­ро­вав дан­ную мо­дель, мы можем вы­дви­нуть ги­по­те­зу (на­уч­но обос­но­ван­ное пред­по­ло­же­ние):

Сум­мар­ная масса про­дук­тов ре­ак­ции долж­на быть равна сум­мар­ной массе ис­ход­ных ве­ществ.

Еще Лео­нар­до да Винчи ска­зал: «Зна­ния, не про­ве­рен­ные опы­том, ма­те­рью вся­кой до­сто­вер­но­сти, бес­плод­ны и полны оши­бок». Зна­чит, ги­по­те­за ни­ко­гда не ста­нет за­ко­ном, если ее не под­твер­дить экс­пе­ри­мен­таль­но.

Экс­пе­ри­мен­таль­ный метод в химии начал ши­ро­ко ис­поль­зо­вать­ся после ис­сле­до­ва­ний Р. Бойля в 17 в. Ан­глий­ский есте­ство­ис­пы­та­тель про­ка­ли­вал ме­тал­лы в неза­па­ян­ных со­су­дах – ре­тор­тах и об­на­ру­жил, что после про­ка­ли­ва­ния масса ме­тал­ла ста­но­ви­лась боль­ше.

Ос­но­вы­ва­ясь на этих опы­тах, он не учи­ты­вал роль воз­ду­ха и сде­лал непра­виль­ный вывод, что масса ве­ществ в ходе хи­ми­че­ских ре­ак­ций из­ме­ня­ет­ся.

М.В. Ло­мо­но­сов, в от­ли­чие от Р. Бойля, про­ка­ли­вал ме­тал­лы не на от­кры­том воз­ду­хе, а в за­па­ян­ных ре­тор­тах и взве­ши­вал их до и после про­ка­ли­ва­ния. Он до­ка­зал, что масса ве­ществ до и после ре­ак­ции оста­ет­ся неиз­мен­ной и что при про­ка­ли­ва­нии к ме­тал­лу при­со­еди­ня­ет­ся воз­дух (кис­ло­род в то время не был еще от­крыт). Но Ло­мо­но­сов не опуб­ли­ко­вал ре­зуль­та­ты своих ис­сле­до­ва­ний.

В 1774 г. опыты Р. Бойля по­вто­рил А. Ла­ву­а­зье с со­вер­шен­но та­ки­ми же ре­зуль­та­та­ми, как и Ло­мо­но­сов. Но он сде­лал новое, очень важ­ное, на­блю­де­ние, а имен­но, что толь­ко часть воз­ду­ха за­па­ян­ной ре­тор­ты со­еди­ни­лась с ме­тал­лом и что уве­ли­че­ние веса ме­тал­ла, пе­ре­шед­ше­го в ока­ли­ну, равно умень­ше­нию веса воз­ду­ха в ре­тор­те. Вме­сте с тем часть ме­тал­ла оста­лась в сво­бод­ном виде.

Таким об­ра­зом, неза­ви­си­мо друг от друга, М.В. Ло­мо­но­сов и А. Ла­ву­а­зье под­твер­ди­ли спра­вед­ли­вость пред­по­ло­же­ния о со­хра­не­нии массы ве­ществ в ре­зуль­та­те хи­ми­че­ской ре­ак­ции.

II. Сущность закона сохранения массы

Се­год­ня закон со­хра­не­ния массы ве­ществ фор­му­ли­ру­ет­ся так:

Масса ве­ществ, участ­ву­ю­щих в ре­ак­ции, равна массе про­дук­тов ре­ак­ции.

Опыты, иллюстрирующие закон сохранения массы веществ:

Опыт: “Горение свечи в замкнутом сосуде”

Опыт: “Сохранение массы веществ в реакциях”

Вывод: масса веществ до и после реакции не изменилась.

От­кры­тие за­ко­на со­хра­не­ния массы ве­ществ имело огром­ное зна­че­ние для даль­ней­ше­го раз­ви­тия химии. На ос­но­ва­нии за­ко­на со­хра­не­ния массы ве­ществ про­из­во­дят важ­ней­шие рас­че­ты и со­став­ля­ют урав­не­ния хи­ми­че­ских ре­ак­ций.

III. Закон сохранения энергии в химических реакциях

Закон сохранения массы веществ М. В. Ломоносов связывал с законом сохранения энергии. Он рассматривал эти законы в единстве. В 1905 г. А. Эйнштейн установил взаимосвязь массы и энергии. Взгляды Ломоносова подтверждены современной наукой. Закон сохранения энергии действует во всех случаях и повсюду, где одна форма энергии переходит в другую.

Закон сохранения энергии:

Количество тепловой энергии, принесённой в зону взаимодействия веществ равно количеству энергии, вынесенной веществами из этой зоны.

ЦОРы

Опыт: “Горение свечи в замкнутом сосуде”

Опыт: “Сохранение массы веществ в реакциях”