Zakon održanja mase

Zakon održanja mase (ili zakon očuvanja mase) predstavlja eksperimentalno utvrđenu činjenicu da je u hemijskim reakcijama masa reaktanata jednaka masi proizvoda reakcije. S obzirom na to da u nuklearnim reakcijama i pri velikim brzinama (uporedivim sa brzinom svetlosti) dolazi do pretvaranja mase u energiju ili obrnuto, može se smatrati specijalnim slučajem zakona o održanju materije.

Sagorijevanje metana. Broj atoma nakon reakcije ostaje isti.

Površnim posmatranjem nekih procesa u prirodi (kao što su rast drveta, sagorevanje sveće ili isparavanje vode) može se doći do ubeđenja da materija može nastati i nestati. Međutim pažljivim posmartanjem može se utvrditi da ovo nije slučaj. Materija može da promeni svoj oblik, agregatno stanje i sl. ali ne može nastati ni iz čega ili nestati.

Ovaj zakon se ponekada i naziva zakon o neuništivosti materije, koji glasi: Materija se ne može uništiti, niti ni iz čega stvoriti, ona može samo da se menja i da prelazi iz jednog u drugi oblik.

Zakon neuništivosti materije se izražava jednadžbom kontinuiteta.

Istorija

Mehanika kontinuuma

Ključne stavke

Navier–Stokesove jednačine

Zakoni

Zakon održanja mase Zakon održanja količine kretanja Zakon održanja energije Nejednakost entropije

Mehanika čvrstih tela

Čvrsta tijela · Napon · Deformacija · Teorija konačnih deformacija · Teorija infinitezimalnih napreazanja · Elastičnost · Linearna elastičnost · Plastičnost · Viskoelasticičnost · Hukov zakon · Reologija

Mehanika fluida

Tečnosti · Fluidi · Statika fluida Dinamika fluida · Viskoznost · Njutonov fluid Nenjutnov fluid Površinski napon

Naučnici Newton · Stokes · Navier · Cauchy· Hooke · Bernoulli · Ostali

Zakon održanja materije, jedan od najstarijih zakona fizike, formulisan je još u antičkoj Grčkoj, ali bez eksperimentalne potvrde.

Otkriće zakona

A. L. Lavoazije (Lavoisier) je 1774. u eksperimentu u kome je zagrevao kalaj sa vazduhom u zatvorenom sudu primetio da je težina celog sistema ista pre i posle hemijske reakcije. Ovaj eksperiment je ukazao na činjenicu da nema pre i posle reakcije nema promene količine materije. Na osnovu svojih pokusa, Lavoazije je formulirao Zakon o održanju mase na sledeći način:

• Nikakve se promjene ne mogu opaziti u ukupnoj masi svih tvari koje sudjeluju u kemijskoj reakciji..

Na primjer, reakcija vodika s kisikom i nastanak vode:

$2H_{2}+O_{2}=2H_{2}O$

$4\cdot 1,00794\ g\ +2\cdot 15,9994\ g\ =2\cdot 18,01528\ g$

Rezultat: $\qquad 36,03056\ g=36,03056\ g$

Kako je Lomonosov formulisao sličnu pravilnost nešto ranije (1748. ili 1756), zakon se ponekad zove i Lavoazje-Lomonosovljev zakon.

Ovaj zakon može se definisati:

Ukupna masa supstanci koje ulaze u reakciju jednaka je ukupnoj masi proizvoda reakcije. Ako A i B predstavljaju mase dveju supstanci koje učestvuju u nekoj hemijskoj reakciji pri kojoj nastaju mase C i D drugih dveju (hemijski promenjenih) supstanci, zakon o održanju mase se može izraziti kao:

A+B = C+D

Eksperimentalne potvrde

H. Landolt (1893) i A. Heydweiller (1901) su izvršili eksperimente da bi potvrdili tačnost ovog zakona. Hans Landolt (1831.-1910.), švicarski fizički kemičar, vrlo je preciznim mjerenjima potvrdio taj zakon s točnošću 1: 10⁷.

J. J. Maley je 1912. godine upotrebio vagu koja je bila znatno usavršena da bi se otklonio nedostatak gore navedenih eksperimenata. On je uspeo da dokaže da u slučaju reakcije između barijumhlorida i natrijumsulfata, svaka promena u masi mora biti manja od jednog milionitog dela.

Teorija relativnosti

Prema Einsteinovoj teoriji relativnosti, materija (kao oblik energije) i energija mogu prelaziti jedna u drugu, u međusobnom odnosu koji je definisan poznatom Ajnštajnovom jednačinom:

E = mc²

Drugim rečima, umesto dva fundimentalna zakona: zakona o održanju mase i zakona o držanju energije, postoji samo jedan princip. Međutim, pri bilo kojoj hemijskoj promeni praćenoj promenom temperature, desiće se i odgovarajuća promena mase. Po Ajnštajnovoj formuli, mora se dio ukupne mase (m) reaktanata pretvoriti u energiju (E) kemijske reakcije prema relaciji: E = mc², gdje je c brzina svjetlosti (2,997925• 10⁸ms ^-1). Odatle slijedi da bi točnost vaganja morala biti najmanje 1:10¹⁰ da bi se ustanovio gubitak mase.

Povezano

• Jednadžba kontinuiteta