Ley de Conservación de la Masa: Definición, Fórmula, Historia (con / Ejemplos)

Uno de los grandes principios definitorios de la física es que muchas de sus propiedades más importantes obedecen inquebrantablemente a un principio importante: en condiciones fácilmente especificadas, sonconservado, lo que significa que la cantidad total de estas cantidades contenidas en el sistema que ha elegido nunca cambia.

Cuatro cantidades comunes en física se caracterizan por tener leyes de conservación que se les aplican. Estos sonenergía​, ​impulso​, ​momento angularymasa. Los tres primeros son cantidades a menudo específicas de problemas mecánicos, pero la masa es universal y el descubrimiento, o La demostración, por así decirlo, de que la masa se conserva, aunque confirmó algunas sospechas de larga data en el mundo de la ciencia, fue vital para probar.

Laley de Conservación de la masaafirma que, en unsistema cerrado(incluido todo el universo), la masa no puede ser creada ni destruida por cambios químicos o físicos. En otras palabras,la masa total siempre se conserva

Todos los componentes de todas las moléculas en cada célula de la piel que haya perdido, con sus átomos de oxígeno, hidrógeno, nitrógeno, azufre y carbono, todavía existen. Tal como muestra el misterio de ciencia ficciónLos archivos xdeclara sobre la verdad, toda la masa que alguna vez fue "está ahí fueraen algún lugar​."

En cambio, podría llamarse "la ley de conservación de la materia" porque, en ausencia de gravedad, no hay nada especial en el mundo acerca de los objetos especialmente "masivos"; A continuación se ofrece más información sobre esta importante distinción, ya que es difícil exagerar su relevancia.

El descubrimiento de la ley de conservación de la masa fue realizado en 1789 por el científico francés Antoine Lavoisier; a otros se les había ocurrido la idea antes, pero Lavoisier fue el primero en demostrarlo.

En ese momento, gran parte de la creencia predominante en la química sobre la teoría atómica todavía provenía de los antiguos griegos, y gracias a ideas más recientes, se pensaba que algo dentro del fuego ("flogisto") era en realidad una sustancia. Esto, razonaron los científicos, explicaba por qué una pila de cenizas es más liviana que lo que se quemó para producir las cenizas.

Lavoisier calentadoóxido de mercurioy señaló que la cantidad que disminuyó el peso de la sustancia química era igual al peso del gas oxígeno liberado en la reacción química.

Antes de que los químicos pudieran dar cuenta de las masas de cosas que eran difíciles de rastrear, como el vapor de agua y los gases traza, no podían probar adecuadamente ningún principio de conservación de la materia, incluso si sospechaban que tales leyes estaban realmente en operación.

En cualquier caso, esto llevó a Lavoisier a afirmar que la materia debe conservarse en reacciones químicas, lo que significa que la cantidad total de materia en cada lado de una ecuación química es la misma. Esto significa que el número total de átomos (pero no necesariamente el número total de moléculas) en los reactivos debe ser igual a la cantidad en los productos, independientemente de la naturaleza del cambio químico.

• "​La masa de los productos en las ecuaciones químicas es igual a la masa de los reactivos"es la base de la estequiometría, o el proceso de contabilidad mediante el cual las reacciones químicas y las ecuaciones se equilibran matemáticamente en términos de masa y número de átomos en cada lado.

Una dificultad que la gente puede tener con la ley de conservación de la masa es que los límites de sus sentidos hacen que algunos aspectos de la ley sean menos intuitivos.

Por ejemplo, cuando comes medio kilo de comida y bebes medio kilo de líquido, podrías pesar lo mismo unas seis horas más tarde, incluso si no vas al baño. Esto se debe en parte a que los compuestos de carbono de los alimentos se convierten en dióxido de carbono (CO₂) y exhala gradualmente en el vapor (generalmente invisible) en su respiración.

En esencia, como concepto químico, la ley de conservación de la masa es integral para comprender la ciencia física, incluida la física. Por ejemplo, en un problema de momento sobre colisión, podemos asumir que la masa total en el sistema no ha cambiado de lo que fue antes de la colisión con algo diferente después de la colisión porque la masa, como el impulso y la energía, es conservado.

Laley de la conservación de la energíaafirma que la energía total de un sistema aislado nunca cambia, y eso se puede expresar de varias formas. Uno de ellos es KE (energía cinética) + PE (energía potencial) + energía interna (IE) = una constante. Esta ley se deriva de la primera ley de la termodinámica y asegura que la energía, como la masa, no se puede crear ni destruir.

• La suma de KE y PE se llamaenergía mecánica,y es constante en sistemas en los que sólo actúan fuerzas conservadoras (es decir, cuando no se "desperdicia" energía en forma de pérdidas por fricción o calor).

​Impulso(metrov) ymomento angular​ (​L= mvr) también se conservan en física, y las leyes relevantes determinan fuertemente gran parte del comportamiento de las partículas en la mecánica analítica clásica.

El calentamiento de carbonato de calcio o CaCO₃, produce un compuesto de calcio mientras libera un gas misterioso. Digamos que tiene 1 kg (1000 g) de CaCO₃y descubre que cuando se calienta, quedan 560 gramos del compuesto de calcio.

¿Cuál es la composición probable de la sustancia química de calcio restante y cuál es el compuesto que se liberó como gas?

Primero, dado que se trata esencialmente de un problema de química, deberá consultar una tabla periódica de elementos (consulte Recursos para ver un ejemplo).

Le dicen que tiene esos 1000 g iniciales de CaCO₃. De las masas moleculares de los átomos constituyentes en la tabla, se ve que Ca = 40 g / mol, C = 12 g / mol y O = 16 g / mol, lo que hace que la masa molecular del carbonato de calcio en su conjunto sea de 100 g / mol (recuerde que hay tres átomos de oxígeno en CaCO₃). Sin embargo, tienes 1.000 g de CaCO₃, que son 10 moles de la sustancia.

En este ejemplo, el producto de calcio tiene 10 moles de átomos de Ca; debido a que cada átomo de Ca es 40 g / mol, tiene 400 g en total de Ca que puede asumir con seguridad que quedaron después del CaCO₃ se calentó. Para este ejemplo, los restantes 160 g (560 - 400) de compuesto de poscalentamiento representan 10 moles de átomos de oxígeno. Esto debe dejar 440 g de masa como gas liberado.

La ecuación balanceada debe tener la forma

y el "?" el gas debe contener carbono y oxígeno en alguna combinación; debe tener 20 moles de átomos de oxígeno (ya tienes 10 moles de átomos de oxígeno a la izquierda del signo +) y, por lo tanto, 10 moles de átomos de carbono. La "?" es CO_2. (En el mundo científico actual, ha oído hablar del dióxido de carbono, lo que hace que este problema sea un ejercicio trivial. Pero piense en una época en la que ni siquiera los científicos sabían lo que había en el "aire").

Los estudiantes de física pueden confundirse con los famososconservación de la ecuación masa-energía​ ​E = mc​² postulado por Albert Einstein a principios del siglo XX, preguntándose si desafía la ley de conservación de la masa (o energía), ya que parece implicar que la masa se puede convertir en energía y viceversa.

Ninguna ley se viola; en cambio, la ley afirma que la masa y la energía son en realidad formas diferentes de la misma cosa.

Es como medirlos en diferentes unidades dada la situación.

Quizás no pueda evitar equiparar inconscientemente masa con peso por las razones descritas anteriormente: la masa es solo el peso cuando la gravedad está en la mezcla, pero cuando en su experiencia es la gravedadnopresente (cuando estás en la Tierra y no en una cámara de gravedad cero)?

Es difícil, entonces, concebir la materia como una simple materia, como energía por derecho propio, que obedece a ciertas leyes y principios fundamentales.

Además, así como la energía puede cambiar de forma entre cinética, potencial, eléctrica, térmica y otros tipos, la materia hace lo mismo, aunque las diferentes formas de materia se denominanestados: sólido, gas, líquido y plasma.

Si puede filtrar cómo sus propios sentidos perciben las diferencias en estas cantidades, es posible que pueda apreciar que hay pocas diferencias reales en la física.

Ser capaz de unir conceptos importantes en las "ciencias duras" puede parecer arduo al principio, pero siempre es emocionante y gratificante al final.