قانون پایستگی جرم: رمز تغییرات شیمیایی
آشنایی با بازیگران اصلی: واکنشدهنده و فرآورده
قبل از پرداختن به خود قانون، باید با دو مفهوم کلیدی آشنا شویم. هر تغییر شیمیایی مثل یک نمایش است که در آن چند ماده وارد میشوند و چند مادهی جدید خارج میشوند.
| عنوان | تعریف | مثال ساده |
|---|---|---|
| واکنشدهنده2 | موادی که در ابتدای یک واکنش شیمیایی حضور دارند و با هم ترکیب یا تجزیه میشوند. | کبریت و اکسیژن هوا قبل از سوختن. |
| فرآورده3 | مواد جدیدی که در پایان واکنش شیمیایی به دست میآیند. | خاکستر، دوده، گازهای حاصل از سوختن کبریت. |
حالا قانون پایستگی جرم میگوید: «اگر بتوانیم همهی واکنشدهندهها و همهی فرآوردهها را جمعآوری و وزن کنیم، متوجه میشویم جرم کل آنها با هم برابر است.»
کشف قانون: از لاووازیه تا آزمایشگاه شما
این قانون را دانشمند فرانسوی، آنتوان لاووازیه4، در قرن هجدهم میلادی بهصورت علمی ثابت کرد. او آزمایشهای دقیقی انجام داد. مثلاً قلعی را در یک ظرف دربسته حاوی هوا حرارت داد. دید که قلع با اکسیژن هوا ترکیب شده و خاکستری سبکوزن (اکسید قلع) تشکیل میدهد. وقتی کل ظرف را وزن کرد، وزنش تغییری نکرده بود! این نشان میداد جرم از بین نرفته، فقط مادهای جدید ساخته شده است.
شما هم میتوانید آزمایش سادهای انجام دهید: یک بادکنک را روی دهانهی یک بطری نوشابه پر از سرکه ببندید. مقداری جوششیرین را داخل یک دستمال کاغذی کوچک بپیچید و طوری آویزان کنید که داخل بطری باشد اما با سرکه تماس نداشته باشد. ابتدا کل سیستم (بطری، سرکه، دستمال حاوی جوششیرین و بادکنک خالی) را وزن کنید. حالا بطری را کج کنید تا جوششیرین با سرکه مخلوط شود. واکنش شیمیایی رخ میدهد و گاز دیاکسید کربن تولید شده، بادکنک را باد میکند. حالا دوباره سیستم را وزن کنید. جرم تغییری نمیکند! گازی که بادکنک را پر کرده، جرم دارد و قبلاً در مواد اولیه وجود داشت.
پایستگی جرم در طبیعت و زندگی روزمره
این قانون فقط محدود به آزمایشگاه نیست. مثالهای ملموس زیادی در اطراف ما وجود دارد:
سوختن یک شمع: وقتی شمع میسوزد، به نظر میرسد جرمش ناپدید میشود. اما واقعیت این است که پارافین شمع با اکسیژن هوا واکنش میدهد و تولید گازهای دیاکسید کربن و بخار آب میکند. اگر بتوانیم همهی این گازها و خاکستر (در صورت وجود) را جمع کنیم، جرم کل برابر با جرم شمع اولیه به اضافهی اکسیژن مصرفشده از هوا خواهد بود.
زنگ زدن آهن: یک میلهی آهنی را در نظر بگیرید. بعد از مدتی که در هوای مرطوب بماند، زنگ میزند (اکسید آهن تشکیل میدهد). اگر دقیق وزن کنید، میبینید میلهی زنگزده سنگینتر از میلهی اولیه است! چرا؟ چون آهن با اکسیژن هوا ترکیب شده و جرم اکسیژن نیز به جرم میله اضافه شده است. جرم کل مواد درگیر (آهن + اکسیژن) ثابت مانده است.
پختن کیک: در هنگام پخت کیک، مواد اولیه (آرد، شکر، تخممرغ و...) با حرارت واکنش میدهند و کیک پفکردهای تولید میکنند. ممکن است فکر کنید جرم کیک پختهشده کمتر شده چون آب آن تبخیر شده است. اما اگر بخار آب خارجشده از فر را هم در محاسبات لحاظ کنیم، جرم کل ثابت است.
| پدیده | واکنشدهندهها | فرآوردهها | نکته پایستگی |
|---|---|---|---|
| سوختن چوب در آتش | چوب (عمدتاً کربن) + اکسیژن هوا | خاکستر (کم) + گاز دیاکسید کربن + بخار آب | جرم گازهای تولیدشده + خاکستر = جرم چوب + اکسیژن مصرفی |
| حل شدن قرص جوشان در آب | قرص (اسید و کربنات) + آب | محلول آبی + گاز دیاکسید کربن | جرم محلول + جرم گاز خارجشده = جرم قرص + جرم آب |
| فتوسنتز در گیاهان | دیاکسید کربن + آب + نور خورشید (انرژی) | گلوکز (قند) + اکسیژن | جرم گلوکز و اکسیژن تولیدی = جرم دیاکسید کربن و آب مصرفی (انرژی جرم ندارد) |
اشتباهات رایج و پرسشهای مهم
پاورقی
1. پایستگی جرم: Conservation of Mass.
2. واکنشدهنده: Reactant.
3. فرآورده: Product.
4. آنتوان لاووازیه: Antoine Lavoisier (۱۷۴۳-۱۷۹۴)، دانشمند فرانسوی، پدر شیمی مدرن.
5. چگالی: Density، به معنی جرم یک ماده در واحد حجم آن.
