Trong chương trình học môn Hóa học lớp 8 học sinh sẽ được làm quen với một trong những định lý quan trọng nhất trong hóa học đó là định lý bảo toàn khối lượng. Là một nguyên lý cơ bản giúp chúng ta hiểu rõ về mối quan hệ giữa các chất tham gia với sản phẩm của một phản ứng hóa học. Định lý này không chỉ quan trọng trong giải thích các phản ứng hóa học còn là nền tảng để học sinh có thể hiểu được cách tính toán dự đoán kết quả của các phản ứng hóa học.
Bài viết này sẽ giải thích chi tiết về định lý bảo toàn khối lượng, ý nghĩa của nó trong hóa học cũng như cách áp dụng định lý này trong việc viết phương trình hóa học.
Định Luật Bảo Toàn Khối Lượng Là Gì
Định lý bảo toàn khối lượng là một nguyên lý cơ bản trong hóa học, phát biểu rằng Trong một phản ứng hóa học thì tổng khối lượng của các chất tham gia phản ứng luôn bằng tổng khối lượng của các sản phẩm, miễn là không có chất nào bị mất đi hay sinh ra ngoài phản ứng đó.
Có nghĩa là trong suốt quá trình phản ứng hóa học dù các chất có thay đổi hình thức, trạng thái, hay cấu trúc thì tổng khối lượng của các chất trước với sau phản ứng vẫn không thay đổi.
Lý thuyết này được Antoine Lavoisier phát triển vào thế kỷ 18 là nền tảng quan trọng trong việc nghiên cứu thực hành hóa học. Định lý bảo toàn khối lượng giải thích tại sao trong bất kỳ phản ứng hóa học nào, bạn luôn có thể tính toán được tổng khối lượng của các sản phẩm nếu biết khối lượng các chất tham gia phản ứng.
Phát Biểu Định Luật Bảo Toàn Khối Lượng
Nội dung của định lý bảo toàn khối lượng có thể phát biểu đơn giản như sau
Tổng khối lượng các chất tham gia phản ứng luôn bằng tổng khối lượng của các sản phẩm.
Ví dụ trong phản ứng giữa một chất với oxy để tạo thành oxit thì khối lượng của chất với oxy trước phản ứng sẽ bằng tổng khối lượng của oxit sinh ra sau phản ứng.
Áp Dụng Định Luật Bảo Toàn Khối Lượng trong Phương Trình Hóa Học
Để hiểu rõ hơn về định lý bảo toàn khối lượng chúng ta có thể áp dụng nó vào việc viết phương trình hóa học. Phản ứng hóa học là sự thay đổi hóa học của các chất, trong đó các chất ban đầu (chất phản ứng) biến đổi thành các chất mới (sản phẩm). Khi viết phương trình hóa học ta phải đảm bảo rằng khối lượng của các chất phản ứng trước phản ứng phải bằng khối lượng của các sản phẩm sau phản ứng.
Ví dụ Phản ứng Cháy Của Methan
Một ví dụ điển hình để áp dụng định lý bảo toàn khối lượng là phản ứng cháy của metan (CH4)
Phương trình hóa học của phản ứng cháy metan là
CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O
Trong phản ứng này
-
CH₄ (methan) với O₂ (oxy) là các chất tham gia phản ứng.
-
CO2 (carbon dioxide) với H2O (nước) là các sản phẩm.
Để đảm bảo định lý bảo toàn khối lượng, tổng khối lượng của các chất tham gia phản ứng phải bằng tổng khối lượng của các sản phẩm
-
Khối lượng của CH₄ với O₂ trước phản ứng sẽ bằng khối lượng của CO₂ với H₂O sau phản ứng.
Khi tính toán bạn sẽ thấy rằng nếu bạn biết khối lượng của các chất tham gia bạn có thể tính được khối lượng của các sản phẩm từ đó xác minh định lý bảo toàn khối lượng.
Ví dụ 2 Phản Ứng Giữa Magie, Oxy
Một ví dụ khác là phản ứng giữa magie (Mg) với oxy (O₂) để tạo thành oxit magie (MgO). Phương trình phản ứng là
2Mg + O₂ → 2MgO
Trong phản ứng này khi đốt cháy magie trong oxy chúng ta thu được oxit magie. Nếu đo khối lượng của magie cùng oxy trước phản ứng với sau phản ứng thì tổng khối lượng của magie với oxy sẽ bằng tổng khối lượng của oxit magie tạo thành.
Phương Trình Hóa Học, Định Luật Bảo Toàn Khối Lượng
Để đảm bảo định lý bảo toàn khối lượng khi viết phương trình hóa học chúng ta phải cân bằng số nguyên tử của các nguyên tố trong cả các chất tham gia với cả sản phẩm. Có nghĩa là số nguyên tử của mỗi nguyên tố phải bằng nhau ở cả hai vế của phương trình. Việc cân bằng phương trình hóa học giúp chúng ta áp dụng định lý bảo toàn khối lượng trong các phản ứng hóa học.
Ví dụ về Cân Bằng Phương Trình
Ví dụ về phản ứng giữa natri (Na) với clor (Cl2) để tạo thành natri clorua (NaCl)
2Na + Cl₂ → 2NaCl
Phương trình này đã được cân bằng vì
-
Số nguyên tử của natri (Na) là 2 ở cả hai vế.
-
Số nguyên tử của clor (Cl) là 2 ở cả hai vế.
Việc cân bằng phương trình hóa học là bước quan trọng trong việc áp dụng định lý bảo toàn khối lượng vào các phản ứng hóa học.
Thí Nghiệm Định Luật Bảo Toàn Khối Lượng
Để chứng minh định lý bảo toàn khối lượng chúng ta có thể thực hiện một thí nghiệm đơn giản. Một thí nghiệm nổi tiếng mà Antoine Lavoisier đã thực hiện là thí nghiệm đốt cháy một mẩu thủy ngân trong bình kín.
Trong thí nghiệm này Lavoisier đã đốt cháy thủy ngân (Hg) trong một bình kín cho phản ứng với khí oxy trong không khí để tạo thành thủy ngân oxit (HgO). Sau khi đo khối lượng của bình trước với sau phản ứng Lavoisier phát hiện rằng tổng khối lượng của các chất không thay đổi nên chứng minh rằng khối lượng được bảo toàn trong suốt quá trình phản ứng.
Định lý bảo toàn khối lượng là một trong những nguyên lý cơ bản rất quan trọng nhất trong hóa học. Giúp chúng ta hiểu rằng trong bất kỳ phản ứng hóa học nào thì khối lượng của các chất trước với sau phản ứng luôn bằng nhau miễn là không có chất nào thoát ra ngoài hệ thống hay bị mất đi.
Việc áp dụng định lý bảo toàn khối lượng không chỉ giúp học sinh hiểu rõ hơn về lý thuyết hóa học còn có ứng dụng trong việc tính toán dự đoán kết quả của các phản ứng hóa học trong thực tế. Học cách viết phương trình hóa học cân bằng với áp dụng định lý bảo toàn khối lượng sẽ giúp bạn giải quyết được nhiều bài tập hóa học với cả thí nghiệm trong chương trình học.