Hukum Kekekalan Massa: Definisi, Rumus, Sejarah (dengan Contoh)

Salah satu prinsip utama fisika adalah bahwa banyak dari sifat-sifatnya yang paling penting dengan teguh mematuhi prinsip penting: Dalam kondisi yang mudah ditentukan, merekadilestarikan, artinya jumlah total kuantitas ini yang terkandung dalam sistem yang Anda pilih tidak pernah berubah.

Empat besaran umum dalam fisika dicirikan dengan memiliki hukum kekekalan yang berlaku untuk mereka. Ini adalahenergi​, ​momentum​, ​momentum sudutdanmassa. Tiga yang pertama adalah besaran yang sering kali khusus untuk masalah mekanika, tetapi massa bersifat universal, dan penemuan – atau demonstrasi, seolah-olah - bahwa massa dilestarikan, sementara mengkonfirmasi beberapa kecurigaan lama di dunia sains, sangat penting untuk membuktikan.

Ituhukum kekekalan massamenyatakan bahwa, dalamsistem tertutup(termasuk seluruh alam semesta), massa tidak dapat diciptakan atau dihancurkan oleh perubahan kimia atau fisika. Dengan kata lain,massa total selalu kekal. Pepatah nakal "Apa yang masuk, harus keluar!" tampaknya menjadi kebenaran ilmiah literal, karena tidak ada yang pernah terbukti menghilang begitu saja tanpa jejak fisik.

Semua komponen dari semua molekul di setiap sel kulit yang pernah Anda lepaskan, dengan atom oksigen, hidrogen, nitrogen, belerang, dan karbonnya, masih ada. Sama seperti pertunjukan fiksi ilmiah misteriFile xmenyatakan tentang kebenaran, semua massa yang pernah ada "ada di luar sana"di suatu tempat​."

Ini bisa disebut sebagai "hukum kekekalan materi" karena, tanpa gravitasi, tidak ada yang istimewa di dunia ini tentang benda-benda "besar"; lebih lanjut tentang perbedaan penting ini berikut, karena relevansinya sulit untuk dilebih-lebihkan.

Penemuan hukum kekekalan massa dibuat pada tahun 1789 oleh ilmuwan Prancis Antoine Lavoisier; yang lain telah mengemukakan gagasan itu sebelumnya, tetapi Lavoisier yang pertama kali membuktikannya.

Pada saat itu, banyak kepercayaan yang berlaku dalam kimia tentang teori atom masih berasal dari Yunani kuno, dan berkat ide-ide yang lebih baru, diperkirakan ada sesuatu di dalam api ("phlogiston") sebenarnya adalah zat. Ini, para ilmuwan beralasan, menjelaskan mengapa tumpukan abu lebih ringan dari apa pun yang dibakar untuk menghasilkan abu.

Lavoisier dipanaskanoksida merkuridan mencatat bahwa jumlah penurunan berat bahan kimia sama dengan berat gas oksigen yang dilepaskan dalam reaksi kimia.

Sebelum ahli kimia dapat menjelaskan massa hal-hal yang sulit dilacak, seperti uap air dan jejak gas, mereka tidak dapat secara memadai menguji prinsip-prinsip konservasi materi apa pun bahkan jika mereka menduga hukum semacam itu memang berlaku operasi.

Bagaimanapun, ini membuat Lavoisier menyatakan bahwa materi harus dilestarikan dalam reaksi kimia, yang berarti jumlah total materi di setiap sisi persamaan kimia adalah sama. Ini berarti jumlah total atom (tetapi tidak harus jumlah total molekul) dalam reaktan harus sama dengan jumlah dalam produk, terlepas dari sifat perubahan kimianya.

• "​Massa produk dalam persamaan kimia sama dengan massa reaktan" adalah dasar dari stoikiometri, atau proses akuntansi dimana reaksi kimia dan persamaan secara matematis seimbang dalam hal massa dan jumlah atom di setiap sisi.

Satu kesulitan yang dapat dihadapi orang dengan hukum kekekalan massa adalah keterbatasan indra Anda membuat beberapa aspek hukum menjadi kurang intuitif.

Misalnya, ketika Anda makan satu pon makanan dan minum satu pon cairan, Anda mungkin menimbang enam jam atau lebih yang sama bahkan jika Anda tidak pergi ke kamar mandi. Ini sebagian karena senyawa karbon dalam makanan diubah menjadi karbon dioksida (CO₂) dan dihembuskan secara bertahap dalam uap (biasanya tidak terlihat) dalam napas Anda.

Pada intinya, sebagai konsep kimia, hukum kekekalan massa merupakan bagian integral dari pemahaman ilmu fisika, termasuk fisika. Misalnya, dalam masalah momentum tentang tumbukan, kita dapat mengasumsikan massa total dalam sistem tidak berubah dari itu sebelum tumbukan menjadi sesuatu yang berbeda setelah tumbukan karena massa – seperti momentum dan energi – adalah dilestarikan.

Ituhukum kekekalan energimenyatakan bahwa energi total dari sistem yang terisolasi tidak pernah berubah, dan itu dapat dinyatakan dalam beberapa cara. Salah satunya adalah KE (energi kinetik) + PE (energi potensial) + energi dalam (IE) = konstanta. Hukum ini mengikuti dari hukum pertama termodinamika dan memastikan bahwa energi, seperti massa, tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan.

• Jumlah KE dan PE disebutenergi mekanik,dan konstan dalam sistem di mana hanya gaya konservatif yang bekerja (yaitu, ketika tidak ada energi yang "terbuang" dalam bentuk gesekan atau kehilangan panas).

​momentum(mv) danmomentum sudut​ (​L= mvr) juga dilestarikan dalam fisika, dan hukum yang relevan sangat menentukan banyak perilaku partikel dalam mekanika analitik klasik.

Pemanasan kalsium karbonat, atau CaCO₃, menghasilkan senyawa kalsium sambil membebaskan gas misterius. Katakanlah Anda memiliki 1 kg (1.000 g) CaCO₃, dan Anda menemukan bahwa ketika dipanaskan, 560 gram senyawa kalsium tetap ada.

Apa kemungkinan komposisi zat kimia kalsium yang tersisa, dan senyawa apa yang dibebaskan sebagai gas?

Pertama, karena ini pada dasarnya adalah masalah kimia, Anda harus merujuk ke tabel periodik unsur (lihat Sumberdaya untuk contoh).

Anda diberi tahu bahwa Anda memiliki 1.000 g CaCO awal₃. Dari massa molekul atom penyusun dalam tabel, Anda melihat bahwa Ca = 40 g/mol, C = 12 g/mol, dan O = 16 g/mol, sehingga massa molekul kalsium karbonat secara keseluruhan 100 g/mol (ingat ada tiga atom oksigen dalam CaCO₃). Namun, Anda memiliki 1.000 g CaCO₃, yaitu 10 mol zat.

Dalam contoh ini, produk kalsium memiliki 10 mol atom Ca; karena setiap atom Ca adalah 40 g/mol, Anda memiliki total 400 g Ca yang dapat Anda asumsikan tersisa setelah CaCO₃ dipanaskan. Untuk contoh ini, sisa 160 g (560 – 400) senyawa pascapemanasan mewakili 10 mol atom oksigen. Ini harus meninggalkan 440 g massa sebagai gas yang dibebaskan.

Persamaan yang seimbang harus memiliki bentuk

dan "?" gas harus mengandung karbon dan oksigen dalam beberapa kombinasi; itu harus memiliki 20 mol atom oksigen – Anda sudah memiliki 10 mol atom oksigen di sebelah kiri tanda + – dan karenanya 10 mol atom karbon. "?" adalah CO_2. (Dalam dunia sains saat ini, Anda telah mendengar tentang karbon dioksida, menjadikan masalah ini sebagai latihan yang sepele. Tapi pikirkan saat bahkan para ilmuwan bahkan tidak tahu apa yang ada di "udara.")

Siswa fisika mungkin bingung dengan yang terkenalpersamaan kekekalan massa-energi​ ​E = mc​² didalilkan oleh Albert Einstein pada awal 1900-an, bertanya-tanya apakah itu menentang hukum kekekalan massa (atau energi), karena tampaknya menyiratkan massa dapat diubah menjadi energi dan sebaliknya.

Tidak ada hukum yang dilanggar; sebaliknya, hukum menegaskan bahwa massa dan energi sebenarnya adalah bentuk yang berbeda dari hal yang sama.

Ini seperti mengukurnya dalam unit yang berbeda mengingat situasinya.

Anda mungkin tidak dapat membantu tetapi secara tidak sadar menyamakan massa dengan berat karena alasan yang dijelaskan di atas - massa hanya berat ketika gravitasi berada dalam campuran, tetapi ketika dalam pengalaman Anda adalah gravitasitidakhadir (ketika Anda berada di Bumi dan tidak di ruang gravitasi nol)?

Maka, sulit untuk memahami materi hanya sebagai benda, seperti energi dalam dirinya sendiri, yang mematuhi hukum dan prinsip dasar tertentu.

Juga, sama seperti energi dapat berubah bentuk antara jenis kinetik, potensial, listrik, termal dan lainnya, materi melakukan hal yang sama, meskipun bentuk materi yang berbeda disebutmenyatakan: padat, gas, cair dan plasma.

Jika Anda dapat menyaring bagaimana indra Anda sendiri memahami perbedaan dalam jumlah ini, Anda mungkin dapat memahami bahwa ada beberapa perbedaan nyata dalam fisika.

Mampu mengikat konsep-konsep utama bersama-sama dalam "ilmu keras" mungkin tampak sulit pada awalnya, tetapi selalu menarik dan bermanfaat pada akhirnya.