Định lý bảo toàn khối lượng là một trong những nguyên lý cơ bản trong hóa học với vật lý. Giúp chúng ta hiểu về mối quan hệ giữa các chất trong một hệ thống trước với sau khi phản ứng. Được phát triển bởi nhà khoa học Antoine Lavoisier vào thế kỷ 18 dễ thấy định lý này không chỉ là cơ sở lý thuyết trong các thí nghiệm hóa học còn đóng vai trò quan trọng trong các lĩnh vực công nghiệp nghiên cứu khoa học. Bài viết này sẽ giúp bạn hiểu rõ hơn về định lý bảo toàn khối lượng, công thức, các ứng dụng của nó, một số thí nghiệm minh họa.
Định Luật Bảo Toàn Khối Lượng Là Gì
Định lý bảo toàn khối lượng phát biểu rằng ‘Trong một phản ứng hóa học, 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 khối lượng của hệ thống không thay đổi trong suốt quá trình phản ứng hóa học bất chấp sự thay đổi về trạng thái hay cấu trúc của các phân tử.
Phát Biểu Nội Dung Định Luật Bảo Toàn Khối Lượng
Nội dung chính của định lý bảo toàn khối lượng có thể được phát biểu như sau
Khối lượng của các chất tham gia vào phản ứng với các sản phẩm sau phản ứng luôn bằng nhau. Nghĩa là tổng khối lượng của các chất phản ứng trước khi phản ứng xảy ra luôn bằng tổng khối lượng của các chất sản phẩm sau phản ứng.
Định lý này đã được chứng minh qua các thí nghiệm là nền tảng quan trọng trong hóa học giúp xác định chính xác khối lượng các chất trong các phản ứng hóa học.
Định Luật Bảo Toàn Khối Lượng Của Ai
Định lý bảo toàn khối lượng được phát triển bởi nhà khoa học người Pháp Antoine Lavoisier vào cuối thế kỷ 18. Lavoisier đã thực hiện những thí nghiệm quan trọng, chứng minh rằng trong một phản ứng hóa học, khối lượng không thay đổi. Ông là người đầu tiên phát hiện ra rằng không có khối lượng mất đi trong các phản ứng hóa học, kể cả khi chất thay đổi trạng thái hay hình dạng.
Định lý này không chỉ là một phát hiện lớn trong lĩnh vực hóa học mà còn giúp phát triển lý thuyết hóa học hiện đại đặc biệt trong việc hiểu các phản ứng hóa học với định lượng các chất tham gia vào phản ứng.
Công Thức Định Luật Bảo Toàn Khối Lượng
Định lý bảo toàn khối lượng không có một công thức đơn giản như các định lý khác trong hóa học nhưng có thể được diễn đạt qua phương trình cơ bản sau
Tổng khối lượng các chất phản ứng = Tổng khối lượng các sản phẩm.
Công thức này có thể áp dụng cho bất kỳ phản ứng hóa học nào với điều kiện tất cả các chất tham gia với sản phẩm đều được quan sát đo đạc đầy đủ.
Áp Dụng Định Luật Bảo Toàn Khối Lượng
Định lý bảo toàn khối lượng có rất nhiều ứng dụng trong hóa học với các ngành khoa học khác. Một số ứng dụng quan trọng bao gồm
-
Tính toán dự đoán kết quả phản ứng hóa học: Khi biết được khối lượng của các chất tham gia phản ứng chúng ta có thể sử dụng định lý bảo toàn khối lượng để tính toán khối lượng của các sản phẩm tạo thành. Điều này giúp cho các nhà khoa học và kỹ sư hóa học có thể kiểm soát quá trình sản xuất tối ưu hóa các phản ứng.
-
Quản lý các phản ứng trong công nghiệp: Định lý bảo toàn khối lượng giúp các kỹ sư trong các ngành công nghiệp như sản xuất hóa chất, dược phẩm, thực phẩm, v.v., có thể đảm bảo rằng tất cả các nguyên liệu được sử dụng hiệu quả mà không có bất kỳ thất thoát nào.
-
Xử lý chất thải ô nhiễm môi trường: Khi xử lý các chất thải từ các nhà máy thì việc hiểu áp dụng định lý bảo toàn khối lượng có thể giúp tính toán lượng chất thải sẽ được tạo ra trong các quá trình hóa học từ đó giảm thiểu tác động môi trường.
Giải Thích Định Luật Bảo Toàn Khối Lượng
Để hiểu rõ hơn về định lý bảo toàn khối lượng hãy xem xét một ví dụ đơn giản: khi đốt cháy một mẩu gỗ trong không khí. Nếu chúng ta đo khối lượng của gỗ trước khi đốt rồi đo lại khối lượng của các chất sau khi đốt (bao gồm khí carbon dioxide, hơi nước, các cặn) chúng ta sẽ thấy rằng tổng khối lượng của các sản phẩm sau phản ứng bằng tổng khối lượng của gỗ với oxy trong không khí trước khi phản ứng xảy ra.
Mặc dù các chất trong phản ứng thay đổi trạng thái tạo thành các sản phẩm khác nhau (khí, rắn, lỏng), nhưng tổng khối lượng vẫn được bảo toàn. Đây chính là bản chất của định lý bảo toàn khối lượng.
Thí Nghiệm Định Luật Bảo Toàn Khối Lượng
Một trong những thí nghiệm kinh điển để chứng minh định lý bảo toàn khối lượng là thí nghiệm của Antoine Lavoisier vào thế kỷ 18. Lavoisier đã thực hiện thí nghiệm đốt cháy thủy ngân (Hg) trong một bình kín chứa khí oxy. Trước với sau phản ứng ông đo khối lượng của các chất tham gia với sản phẩm thì phát hiện rằng tổng khối lượng của các chất không thay đổi.
Lavoisier tiến hành thí nghiệm trong một bình kín, nơi không khí không thể thoát ra ngoài đảm bảo rằng không có chất nào bị mất đi trong suốt quá trình phản ứng. Sau khi đốt cháy thủy ngân, ông thấy rằng tổng khối lượng của thủy ngân cùng oxy trước phản ứng bằng tổng khối lượng của sản phẩm (oxy hóa thủy ngân – HgO). Thí nghiệm này đã chứng minh rằng khối lượng không bị mất trong một phản ứng hóa học từ đó khẳng định tính đúng đắn của định lý bảo toàn khối lượng.
Định lý bảo toàn khối lượng là một trong những nguyên lý cơ bản trong hóa học cũng như trong vật lý. Giúp chúng ta hiểu được sự thay đổi khối lượng của các chất trong phản ứng hóa học. Được Antoine Lavoisier phát triển vào thế kỷ 18, định lý này không chỉ đóng vai trò quan trọng trong nghiên cứu hóa học còn có ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực công nghiệp môi trường.