Legge di Lavoisier
Enunciato e spiegazione della legge di Lavoisier
In chimica la legge di Lavoisier, nota anche come legge di conservazione della massa, è una legge ponderale ed afferma che: nel corso di una reazione chimica la somma delle masse dei reagenti è uguale alla somma delle masse dei prodotti.
In altre parole, nel corso di una reazione chimica la materia non si crea e non si distrugge, ma semplicemente cambia le sue proprietà trasformandosi.
Nella sua attività laboratoriale Lavoisier condusse una serie di esperimenti sulle reazioni chimiche ponendo l'attenzione sugli aspetti quantitativi delle stesse; in particolare se le reazioni venivano condotte in recipienti chiusi, la massa complessiva durante la reazione rimaneva invariata.
Servendosi di una bilancia eseguì accurate misure di massa dei reagenti e dei prodotti delle reazioni riuscendo a dimostrare, nel 1789, che la massa totale delle sostanze ottenute dalla reazione chimica era esattamente uguale alla massa totale delle sostanza messe a reagire.
Spiegazione della legge di Lavoisier
Quando bruciamo un pezzo di legno e osserviamo la piccola quantità di cenere che è stata prodotta, ci viene da pensare che la legge di Lavoisier non sia rispettata.
In realtà commettiamo un grosso errore e cioè quello di considerare soltanto la massa dei solidi (legno come reagente e cenere come prodotto) e non delle sostanze gassose messe in gioco durante la reazione.
Un'analisi più accurata consente di confermare che, anche in questo caso, la legge di Lavoisier è rispettata poiché la massa dell'aria consumata e quella del legno (reagenti della reazione) sono esattamente uguali alla somma delle masse della cenere e dei gas prodotti durante la reazione di combustione.
Se si fa avvenire la reazione di combustione in un ambiente chiuso (a) si dimostra che al termine della reazione la massa è rimasta invariata (b).
Allo stesso modo, osservando un chiodo che arrugginisce, potremmo pensare che la ruggine si sia creata dal nulla. In realtà la ruggine altro non è che il prodotto della reazione del ferro con l'ossigeno presente nell'aria.
Anche in questo caso, naturalmente, la legge di Lavoisier è rispettata e la somma delle masse di tutti i reagenti (blocco di ferro e ossigeno dell'aria) è uguale alla massa del prodotto (ruggine).
Esercizio
Dalla reazione di 28 g di azoto con una massa incognita di idrogeno, si sono ottenuti 34 grammi di ammoniaca. Determina, in base alla legge di Lavoisier, la massa di idrogeno che ha reagito.
Svolgimento dell'esercizio
Per la legge di Lavoisier, la somma delle masse dei reagenti è uguale alla somma delle masse dei prodotti.
Idrogeno e azoto sono i reagenti della reazione mentre l'ammoniaca (che come dice il testo "si è ottenuta") è il prodotto della reazione.
La somma delle masse dei reagenti è:
mreagenti = midrogeno + mazoto = X + 28
mprodotto = mammoniaca = 34
Siccome, in base alla legge di Lavoisier, la somma delle masse dei reagenti è uguale alla somma delle masse dei prodotti, si ha che:
mreagenti = mprodotto
Pertanto risulta che:
X + 28 = 34
da cui:
X = 6 g
Pertanto la massa di idrogeno che ha reagito è pari a 6 g.
Conseguenze della legge di Lavoisier
Una delle conseguenze della legge di Lavoisier è che le equazioni chimiche, che altro non sono che una rappresentazione in simboli delle reazioni chimiche, devono essere bilanciate.
Nelle equazioni chimiche i reagenti (descritti mediante opportuni simboli chimici) vengono scritti a sinistra di una freccia, mentre i prodotti a destra; la freccia indica che i reagenti si trasformano nei prodotti:
reagenti → prodotti
Un esempio di equazione chimica è la seguente:
H2 + Cl2 → HCl
I pedici posti in basso a destra del simbolo di ogni elemento chimico, indicano il numero di atomi di quell'elemento chimico presenti nella molecola e vengono chiamati indici numerici.
Così, tra i reagenti abbiamo: 2 atomi di idrogeno e due atomi di cloro; tra i prodotti invece abbiamo 1 atomo di idrogeno e 1 atomo di cloro. Questo contraddice la legge di Lavoisier, in quanto, se fosse rispettata, il numero di atomi di idrogeno e di cloro che abbiamo tra i reagenti e i prodotti dovrebbe essere identico (gli atomi nel corso di una reazione chimica si combinano in modo diverso ma rimangono identici in numero).
Per tale motivo, per bilanciare l'equazione chimica e fare in modo che la legge di Lavoisier sa rispettata, inseriamo un 2 di fronte ad HCl (i numeri che inseriamo in questo modo sono detti coefficienti stechiometrici):
H2 + Cl2 → 2 HCl
In questo modo indichiamo che sono due le molecole di HCl che si vengono a formare e quindi sono due gli atomi di idrogeno e di cloro presenti tra i prodotti: la legge di Lavoisier è rispettata e l'equazione chimica è stata bilanciata.
Esercizi sulla legge di Lavoisier
Li trovi al seguente link: esercizi sulla legge di Lavoisier.
Relazione di laboratorio
Se sei interessato ad una relazione di laboratorio riguardante questi argomenti, vai al seguente link: verifica sperimentale della legge di Lavoisier.
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Bilanciamento della reazione tra H2 O2 con formazione di H2O
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