Массанын сакталуу закону деген эмне?
Массанын сакталуу мыйзамы химия жана физикадагы эң негизги идеялардын бири: массаны түзүүгө да, жок кылууга да болбойт, ал бир гана формасын өзгөртүүгө же бир заттан экинчисине өткөрүүгө болот. Башкача айтканда, жабык системада жүрүп жаткан химиялык реакцияда реакцияга чейинки жалпы масса реакциядан кийинки жалпы массага барабар болот. Бул принцип жөнөкөй көрүнөт, бирок анын мааниси терең — окумуштуулардын химиялык теңдемелерди кантип жазуусунан баштап, материалдык талаптарды эсептөөгө, табигый жана өнөр жай процесстерин түшүнүүгө чейин.
Массанын сакталуу мыйзамын түшүнүү
Жалпысынан алганда, бул мыйзамда төмөнкүлөр айтылат:
> “Химиялык реакцияда реакцияга кирген заттардын жалпы массасы, эгерде системадан эч кандай масса чыкпаса же кирбесе, реакцияга кирген заттардын жалпы массасына барабар.”
Бул реагенттерди (реакцияга чейинки заттарды) жана продуктыларды (реакциядан кийинки заттарды) таразага тартсаңыз, анда бардык заттар эске алынып, айлана-чөйрөгө эч бири бөлүнүп чыкпаган шартта, алардын саны бирдей болот дегенди билдирет.
Жөнөкөй мисал: эгер сиз жабык идиште 10 грамм А затын 5 грамм В затына реакцияга киргизип, С затын пайда кылсаңыз, анда пайда болгон С затынын массасы (эгер бар болсо, башка продуктылар менен бирге) жалпысынан 15 граммды түзүшү керек.
Кыскача тарыхы: Эксперименттен илимий принципке чейин
Массанын сакталуу мыйзамы көбүнчө "заманбап химиянын атасы" катары белгилүү болгон француз окумуштуусу Антуан Лоран Лавуазьеге (1743–1794) таандык деп эсептелет. 18-кылымда күйүү жана химиялык реакциялар жөнүндө түшүнүк дагы эле белгисиз болчу. Көптөгөн адамдар бир нерсе күйгөндө, анын "затынын" бир бөлүгү жөн гана жоголот деп ишенишкен.
Лавуазье реакцияларга чейин жана андан кийин, айрыкча жабык системаларда заттарды таразалоо боюнча кылдат эксперименттерди жүргүзгөн. Ал күйүү учурунда масса жоголбостугун; анын ордуна абанын бир бөлүгү (кийинчерээк кычкылтек деп аталган) менен биригип кетерин көрсөттү. Лавуазьенин тыянактары заманбап химиянын жаралышына негиз салган: химиялык реакцияларды түшүнүүгө жана сандык жактан эсептөөгө болот эле.
Эмне үчүн массалар күнүмдүк жашоодо "жок болуп" жаткандай сезилет?
Күнүмдүк тажрыйбада биз көп учурда массаны "туруктуу эмес" деп кабылдайбыз. Мисалы, жыгач күйгүзүлгөндө, ал кескин кичирейип, аз гана күл калат. Ошентип, калган масса кайда кетет?
Жооп: Жыгачтын күйүү продуктуларынын көпчүлүгү көмүр кычкыл газы (CO₂), суу буусу (H₂O) жана башка газдар сыяктуу газдарга айланып, абага чыгат. Эгерде күйүү ачык мейкиндикте жүрүп, сиз күлдү гана таразаласаңыз, анын массасы кичине көрүнөт. Бирок, эгерде процесс жабык идиште жүргүзүлүп, бардык газдар кармалып, таразаланса, күйүүгө чейинки жана андан кийинки жалпы масса ошол бойдон калат.
Ошентип, "массанын жетишсиздиги" көбүнчө реакция продуктуларынын баары көрүнбөгөндүгүнөн же баары таразаланбагандыгынан улам болот.
Массанын сакталуу мыйзамын колдонуунун мисалдары
1. Суунун пайда болуу реакциясы
Суутек кычкылтек менен реакцияга кирип, сууну пайда кылат:
2H₂ + O₂ → 2H₂O
Эгерде 4 грамм суутек 32 грамм кычкылтек менен толугу менен реакцияга кирсе, анда пайда болгон суу 36 граммды түзөт. Массасы 4 + 32 = 36; эч нерсе жоголбойт.
2. Жаан-чачын реакциясы
Күмүш нитратынын эритмеси натрий хлориди менен аралаштырылганда, күмүш хлоридинин чөкмөсү пайда болот:
AgNO₃(ак) + NaCl(ак) → AgCl(s) + NaNO₃(ак)
Эгерде бүтүндөй система таразаланса (эритмени жана чөкмөнү кошо алганда), жалпы масса ошол бойдон калат. Пайда болгон чөкмө "жаңы масса" эмес; ал эритмеде мурунтан эле бар болгон иондордун айкалышынан келип чыгат.
3. Жабык идиштердеги газдар менен болгон реакциялар
Мисалы, уксус реакциясы (асам асетат) жана аш содасы (натрий бикарбонаты) CO₂ газын пайда кылат:
CH₃COOH + NaHCO₃ → CH₃COONa + H₂O + CO₂
Эгерде реакция ачык стаканда жүргүзүлсө, эритменин массасы азаят, анткени CO₂ абага бөлүнүп чыгат. Бирок, эгерде ал CO₂ кармоо үчүн шары бар жабык бөтөлкөдө жүргүзүлсө, жалпы масса (бөтөлкө + шар + ичиндегиси) ошол бойдон калат.
Химиялык реакция теңдемелери менен байланышы
Массанын сакталуу мыйзамы химиялык теңдемелерди тең салмактоо керектигинин негизги себеби болуп саналат. Реакцияны тең салмактаганда, биз реагент тарабындагы ар бир элементтин атомдорунун саны продукт тарабындагы атомдордун санына барабар болушун камсыздайбыз. Атомдук масса жоголбогондуктан, атомдор жөн гана кайрадан иретке келтирилет.
Мисалы, суунун пайда болуу реакциясын төмөнкүдөй жазуу керек:
2H₂ + O₂ → 2H₂O
Эгер H₂ + O₂ → H₂O деп жазылса, кычкылтек атомдорунун саны бирдей эмес (сол жакта 2, оң жакта 1). Бул атомдук деңгээлде массанын сакталуу законун бузат.
Массанын сакталуу мыйзамы ар дайым туурабы?
Классикалык химияда жана күнүмдүк шарттарда массанын сакталуу мыйзамы абдан жакшы иштейт. Бирок, заманбап физикада, айрыкча ядролук жана релятивисттик масштабдарда, бул түшүнүк кеңейтилген.
Ядролук реакцияларда масса Эйнштейндин теңдемесине ылайык энергияга же тескерисинче өзгөрүшү мүмкүн:
E=m²
Ядролук ажыроодо же биригүү/бөлүнүү реакцияларында продуктулардын жалпы массасы реагенттердин массасынан бир аз азыраак болушу мүмкүн. Массадагы бул айырма бөлүнүп чыккан энергия катары көрүнөт. Бирок, эгерде масса + энергияны жалпысынан карасак, чындап "сакталган" нерсе - бул жалпы энергия (энергиянын сакталышы), ал эми масса дайыма эле туруктуу боло бербейт.
Бирок, дээрлик бардык кадимки химиялык реакциялар үчүн энергиянын өзгөрүшүнөн улам массанын өзгөрүшү ушунчалык кичинекей болгондуктан, аны этибарга албай коюуга болот. Ошондуктан, башталгыч жана орто билим берүү деңгээлдеринде массанын сакталуу мыйзамы жарактуу принцип бойдон калууда.
Жашоодогу жана өнөр жайдагы пайдасы жана ролу
Массанын сакталуу мыйзамы жөн гана окуу китебиндеги теориядан да көптү билдирет. Бул принцип көптөгөн тармактарда колдонулат, анын ичинде:
1. Химиядагы стехиометрия: керектүү реагенттердин көлөмүн жана алынган продуктыларды эсептөө.
2. Химиялык өнөр жай: массалык баланс эсептөөлөрүн колдонуу менен өндүрүш процесстерин (мисалы, жер семирткичтер, дары-дармектер, пластмассалар) долбоорлоо.
3. Айлана-чөйрөнү коргоо инженериясы: агынды сууларды тазалоо сыяктуу системага кирип-чыгып жаткан булгоочу заттарды эсептөө.
4. Тамак-аш илими: ысытуу, ачытуу же кургатуу учурунда ингредиенттердин курамындагы өзгөрүүлөрдү алдын ала айтуу.
5. Дарыкана: дары аралашмасынын дозасы жана курамы стандарттарга ылайык келишин камсыз кылуу.
Инженердик дүйнөдө бул түшүнүк көп учурда массалык баланс деп аталат: системага кирген жалпы масса системадан чыккан жалпы массага барабар, плюс/минус системада сакталган нерсеге барабар (система убакыттын өтүшү менен өзгөрөбү же жокпу, ошого жараша).
Корутунду
Массанын сакталуу мыйзамында массанын химиялык реакцияда пайда болушу да, жок болушу да мүмкүн эместиги айтылат; ал формасын гана өзгөртөт жана кайра түзүлөт. Бул принцип кылдат эксперименттер аркылуу, айрыкча Лавуазье тарабынан көрсөтүлдү жана заманбап химиянын маанилүү пайдубалы болуп саналат. Ядролук реакцияларда массаны энергияга айландырса да , бул мыйзам күнүмдүк химиялык реакциялар үчүн абдан так жана пайдалуу бойдон калууда.
Массанын сакталуу мыйзамын түшүнүү менен, реакция теңдемелери эмне үчүн тең салмактуу болушу керектигин, "жоголгон масса" чындыгында кайда баратканын жана химия менен өнөр жай өндүрүштүн так эсептөөлөрүн кантип жүргүзөрүн оңой түшүнө алабыз.
Кааласаңыз, макаланын "мектеп тилиндеги" версиясын (орто мектеп/жогорку мектеп) же мисал суроолор жана талкуулар менен толукталган илимий версиясын кошо алам.
