Lei de Conservação de Massa: Definição, Fórmula, História (c / Exemplos)

Um dos grandes princípios definidores da física é que muitas de suas propriedades mais importantes obedecem inabalavelmente a um princípio importante: sob condições facilmente especificadas, elas sãoconservado, o que significa que a quantidade total dessas quantidades contidas no sistema que você escolheu nunca muda.

Quatro quantidades comuns em física são caracterizadas por terem leis de conservação que se aplicam a elas. Estes sãoenergia​, ​impulso​, ​momento angularemassa. Os três primeiros são quantidades muitas vezes específicas para problemas de mecânica, mas a massa é universal, e a descoberta - ou demonstração, por assim dizer - de que a massa é conservada, ao mesmo tempo que confirma algumas suspeitas de longa data no mundo da ciência, era vital para provar.

OLei da conservação de massaafirma que, em umSistema fechado(incluindo todo o universo), a massa não pode ser criada nem destruída por mudanças químicas ou físicas. Em outras palavras,massa total é sempre conservada

Todos os componentes de todas as moléculas em cada célula da pele que você já eliminou, com seus átomos de oxigênio, hidrogênio, nitrogênio, enxofre e carbono, ainda existem. Assim como mostra a ficção científica de mistérioO arquivo xdeclara sobre a verdade, toda massa que já existiu "está lá foraem algum lugar​."

Em vez disso, ela poderia ser chamada de “lei da conservação da matéria” porque, na ausência da gravidade, não há nada de especial no mundo sobre objetos especialmente “massivos”; mais sobre esta importante distinção segue, já que sua relevância é difícil de exagerar.

A descoberta da lei da conservação da massa foi feita em 1789 pelo cientista francês Antoine Lavoisier; outros já haviam tido a ideia antes, mas Lavoisier foi o primeiro a prová-la.

Na época, grande parte da crença predominante na química sobre a teoria atômica ainda vinha dos gregos antigos e, graças a ideias mais recentes, pensava-se que algo dentro do fogo ("flogisto") era na verdade uma substância. Isso, raciocinaram os cientistas, explicava por que uma pilha de cinzas é mais leve do que tudo o que foi queimado para produzi-las.

Lavoisier aquecidoóxido mercúricoe notou que a quantidade de peso do produto químico diminuída era igual ao peso do gás oxigênio liberado na reação química.

Antes que os químicos pudessem explicar as massas de coisas que eram difíceis de rastrear, como vapor de água e gases traço, eles não podiam testar adequadamente quaisquer princípios de conservação de matéria, mesmo se suspeitassem que tais leis estivessem de fato em Operação.

Em qualquer caso, isso levou Lavoisier a afirmar que a matéria deve ser conservada em reações químicas, o que significa que a quantidade total de matéria em cada lado de uma equação química é a mesma. Isso significa que o número total de átomos (mas não necessariamente o número total de moléculas) nos reagentes deve ser igual à quantidade nos produtos, independentemente da natureza da mudança química.

• "​A massa dos produtos nas equações químicas é igual à massa dos reagentes"é a base da estequiometria, ou o processo de contabilidade pelo qual as reações químicas e equações são matematicamente equilibradas em termos de massa e número de átomos em cada lado.

Uma dificuldade que as pessoas podem ter com a lei da conservação da massa é que os limites dos seus sentidos tornam alguns aspectos da lei menos intuitivos.

Por exemplo, quando você come meio quilo de comida e bebe meio quilo de líquido, pode pesar o mesmo seis ou mais horas depois, mesmo que não vá ao banheiro. Isso ocorre em parte porque os compostos de carbono nos alimentos são convertidos em dióxido de carbono (CO₂) e exalado gradualmente no vapor (geralmente invisível) em sua respiração.

Em sua essência, como um conceito de química, a lei da conservação da massa é parte integrante da compreensão das ciências físicas, incluindo a física. Por exemplo, em um problema de momentum sobre colisão, podemos assumir que a massa total no sistema não mudou de qual era antes da colisão com algo diferente após a colisão porque a massa - como o momento e a energia - é conservado.

Olei de conservação de energiaafirma que a energia total de um sistema isolado nunca muda e que pode ser expressa de várias maneiras. Um deles é KE (energia cinética) + PE (energia potencial) + energia interna (IE) = uma constante. Esta lei segue da primeira lei da termodinâmica e garante que a energia, como a massa, não pode ser criada ou destruída.

• A soma de KE e PE é chamadaenergia mecânica,e é constante em sistemas nos quais apenas forças conservativas atuam (isto é, quando nenhuma energia é "desperdiçada" na forma de fricção ou perdas de calor).

​Momentum(mv) emomento angular​ (​eu= mvr) também são conservados na física, e as leis relevantes determinam fortemente muito do comportamento das partículas na mecânica analítica clássica.

O aquecimento de carbonato de cálcio, ou CaCO₃, produz um composto de cálcio enquanto libera um gás misterioso. Digamos que você tenha 1 kg (1.000 g) de CaCO₃, e você descobre que, quando ele é aquecido, restam 560 gramas do composto de cálcio.

Qual é a composição provável da substância química de cálcio remanescente e qual é o composto que foi liberado como gás?

Primeiro, como este é essencialmente um problema de química, você precisará consultar uma tabela periódica de elementos (consulte Recursos para obter um exemplo).

Disseram que você tem 1.000 g iniciais de CaCO₃. A partir das massas moleculares dos átomos constituintes da tabela, você vê que Ca = 40 g / mol, C = 12 g / mol e O = 16 g / mol, tornando a massa molecular do carbonato de cálcio como um todo 100 g / mol (lembre-se de que existem três átomos de oxigênio em CaCO₃). No entanto, você tem 1.000 g de CaCO₃, que é 10 moles da substância.

Neste exemplo, o produto de cálcio tem 10 moles de átomos de Ca; porque cada átomo de Ca é 40 g / mol, você tem 400 g no total de Ca que você pode assumir com segurança que sobrou após o CaCO₃ foi aquecido. Para este exemplo, os restantes 160 g (560-400) de composto pós-aquecimento representam 10 moles de átomos de oxigênio. Isso deve deixar 440 g de massa como um gás liberado.

A equação balanceada deve ter a forma

e a "?" o gás deve conter carbono e oxigênio em alguma combinação; ele deve ter 20 moles de átomos de oxigênio - você já tem 10 moles de átomos de oxigênio à esquerda do sinal + - e, portanto, 10 moles de átomos de carbono. O "?" é CO_2. (No mundo da ciência de hoje, você já ouviu falar do dióxido de carbono, o que torna esse problema um exercício algo trivial. Mas pense em uma época em que até mesmo os cientistas nem sabiam o que estava no "ar".)

Estudantes de física podem ficar confusos com o famosoconservação da equação massa-energia​ ​E = mc​² postulado por Albert Einstein no início dos anos 1900, perguntando-se se isso desafia a lei da conservação da massa (ou energia), uma vez que parece implicar que a massa pode ser convertida em energia e vice-versa.

Nenhuma das leis é violada; em vez disso, a lei afirma que massa e energia são, na verdade, formas diferentes da mesma coisa.

É como medi-los em unidades diferentes de acordo com a situação.

Você talvez não possa ajudar, mas inconscientemente equaciona massa com peso pelas razões descritas acima - massa é apenas peso quando a gravidade está na mistura, mas quando em sua experiência é gravidadenãopresente (quando você está na Terra e não em uma câmara de gravidade zero)?

É difícil, então, conceber a matéria apenas como uma coisa, como a energia em seu próprio direito, que obedece a certas leis e princípios fundamentais.

Além disso, assim como a energia pode mudar de forma entre cinética, potencial, elétrica, térmica e outros tipos, a matéria faz a mesma coisa, embora as diferentes formas de matéria sejam chamadasestados: sólido, gás, líquido e plasma.

Se você puder filtrar como seus próprios sentidos percebem as diferenças nessas quantidades, poderá perceber que existem poucas diferenças reais na física.

Ser capaz de unir conceitos importantes nas "ciências exatas" pode parecer árduo no início, mas é sempre empolgante e recompensador no final.