Ломоносов прокаливал металлы в запаянном сосуде
В химической лаборатории М.В.Ломоносов обосновал в
1748-м году закон
сохранения массы вещества, который в современной формулировке звучит
так: “Вес
всех веществ, вступающих в реакцию, равен весу всех продуктов реакции”.
Этот закон был им экспериментально подтверждён в 1756-м году на примере
обжигания металлов в запаянных сосудах.
Первоначально мысль о сохранении вещества и энергии была высказана великими философами
XVII-го и XVIII-го века, как аксиома, т.е. как явление, не нуждающееся в
доказательствах. Ломоносов был первым, высказавшим “всеобщий закон природы”
совершенно ясно и, главное, подтвердившим его количественными опытами, среди
которых наиболее доказательными являлись, конечно, опыты превращения металлов в
окалины в запаянных сосудах.
Р.Бойль показал, что при обжигании металлов
увеличивается вес их, и объяснял это увеличение веса соединением с металлами
весомой части пламени, материи огня.
Опыты Бойля заключались в том, что Бойль брал
стеклянные реторты, клал в них свинец или олово, запаивал герметически на огне
горлышко реторты и взвешивал их. При нагревании такой реторты свинец переходил
в окалину; когда, после двухчасового нагревания, он открывал запаянный кончик
реторты, воздух с шумом врывался в неё – признак того, как указывает Бойль, что
реторта была действительно герметически запаяна – и при вторичном взвешивании
оказывалась прибыль веса. Отсюда Бойль заключил, что материя огня проходит
через стекло и соединяется с металлом.
Эти-то опыты Ломоносов повторил в 1756-м году и,
как он сам пишет в ежегодных отчётах о своих занятиях, со следующим результатом:
“Между разными химическими опытами, которых журнал на 13-ти листах, деланы
опыты в заплавленных накрепко стеклянных сосудах, чтобы исследовать, прибывает
ли вес металлов от чистого жара. Оными опытами нашлось, что славного Роберта
Бойля мнение ложно, ибо без пропускания внешнего воздуха вес сожжённого металла
остается в одной мере”.
Последнее обстоятельство – пропускание внешнего
воздуха – и было причиною того, что у Бойля, вскрывавшего всегда свои реторты
перед взвешиванием, наблюдалось увеличение веса.
Таким образом, опыты Ломоносова с полною
определённостью показали, что образование окалины происходит именно от
соединения металла с воздухом при прокаливании. Результат этот чрезвычайно
важен: истинное объяснение явлений горения, как соединения горящего или
обжигаемого тела с кислородом воздуха, судя по известной нам истории науки,
принадлежит Лавуазье, который начал свои классические исследования именно с
повторения опытов Бойля и в 1773-м году, через 17 лет после Ломоносова,
получил совершенно такой же результат, как и Ломоносов. Лавуазье затем изучил
те изменения, которые происходят с воздухом при обжигании металлов, и получил
отсюда верное объяснение явлений горения.
Опыты Лавуазье повторяются в каждом учебнике
химии, об опытах же Ломоносова никто не знает, и даже русские химики не находят
нужным упоминать о них; а между тем, Ломоносов
был несомненно предшественником Лавуазье.
Лавуазье в 1789-м году в своём “Элементарном
руководстве химии” даёт описания явлений брожения виноградного сахара, распадающегося
при этом на углекислоту и винный спирт, вес которых равен весу взятого сахара,
Лавуазье пишет: “Так как ничто не творится, ни в искусственных процессах, ни в
природных, и можно выставить положение, что во всякой операции имеется
одинаковое количество материи до и после операции, что качество и количество
начал остались теми же самыми, произошли лишь изменения. На этом положении
основано всё искусство делать опыты в химии: необходимо предполагать во
всех действительное равенство между началами исследуемого тела и получаемого из
него анализом”.
Закон сохранения массы вещества при химических
реакциях подвергался проверке много раз в XIX-м и начале XX-го столетия и
теперь может считаться правильным в пределах тысячных долей миллиграмма. Что же
касается закона сохранения энергии, открытого Ломоносовым, то этот закон стал
общепризнанным не ранее второй половины XIX-го века.
Подтвердить правильность закона
сохранения массы веществ можно и на простом опыте. В колбу помещают немного
красного фосфора, закрывают пробкой и взвешивают на весах. Затем колбу с
фосфором осторожно нагревают. О том, что произошла химическая реакция, судят по
появлению в колбе белого дыма, состоящего из частиц оксида фосфора. При
вторичном взвешивании убеждаются, что в результате реакции масса веществ не
изменилась.
С точки
зрения атомно-молекулярного учения закон сохранения массы объясняется так: в результате
химических реакций атомы не исчезают и не возникают, а происходит их
перегруппировка.
Так как число атомов до реакции и
после остается неизменным, то их общая масса также не изменяется.
Значение
закона:
1.
Открытие
закона сохранения массы веществ способствовало дальнейшему развитию химии как
науки.
2.
На
основании закона сохранения массы веществ производят практические важные
расчеты.
3.
Вещества не исчезают бесследно и не
образуются из ничего.
4. Сущность химических явлений заключается в
перераспределении атомов исходных веществ с образованием новых веществ.
5.
Позволяет составлять уравнения реакций.
ТЕОРИЯ:
Источник
| | ||||||||||
Ñåðâåð ñîçäàåòñÿ ïðè ïîääåðæêå Ðîññèéñêîãî ôîíäà ôóíäàìåíòàëüíûõ èññëåäîâàíèé | ||||||||||
Источник
«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.
Посмотрите учебный фильм: “Ломоносов и закон сохранения массы вещества”
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.
Переход одних видов энергии в другие | Виды энергии | Примеры переходов энергии | |||
| Тепловая энергия | а) Реакция горения. б) Реакции, идущие только при постоянном нагревании, например разложение оксида ртути, разложение известняка | |||
Световая энергия | а) Свечение фосфора, свечение гнилого дерева. б) Фотосинтез, разложение светом некоторых веществ, использующихся в фото- графии | ||||
Механическая энергия | а) Реакции, за счёт которых выполняется некоторая работа б) Разложение взрывчатых веществ при ударе | ||||
Электрическая энергия | а) Возникновение электрического тока при химических реакциях б) Электролиз воды |
ЦОРы
Опыт: “Горение свечи в замкнутом сосуде”
Опыт: “Сохранение массы веществ в реакциях”
Источник