قانون حفظ الكتلة

الكتلة

الكتلة هي كمية المادة الموجودة في جسم ما، أو مقدار ما في الجسم من مادة، إذ يمكن من خلالها قياس مدى مقاومة الجسم للتسارع في حال أثرت عليه قوة بمقدار معين، وهو ما يُسمى بالقصور الذاتي الذي تعد الكتلة قياسًا له، فالكتلة هي التي تحدد أعداد ونوعية الذرات ومدى كثافتها التي تكون أي جسم، وهي مرتبطة ارتباطًا كبيرًا بوزن الجسم، فكلما زادت الكتلة زاد الوزن، إلا أن الكتلة شيء والوزن شيء آخر، فالوزن هو القوة التي تنتج عن سحب الأجسام بمقدار معين نتيجة الجاذبية الأرضية ووحدة قياسه وحدة النيوتن، بينما الكتلة تُقاس بالكيلو غرام، ومن أهم ما يميزها عن الوزن هو أن كتلة الجسم لا تتغير بتغير المكان أما الوزن فيتغير، فوزن الإنسان على سطح القمر يعادل سدس وزنه على سطح الأرض، أما الكتلة في المكانين متساوية ولا تختلف على الإطلاق، كما أن الكتلة هي مقدار عددي فقط، بينما الوزن فهو كمية لها مقدار واتجاه، فالكتلة لا يمكن أن تعادل قيمتها الصفر، في حين الوزن قد يساوي الصفر إذا انعدمت الجاذبية كما يحصل في الفضاء، ^[١]

قانون حفظ الكتلة

يشير قانون حفظ الكتلة في الفيزياء إلى أن المادة لا تخلق ولا تفنى في التفاعلات الكيميائية، أي إنها لا تتغير بنتيجة التفاعل الكيميائي لا بالخسارة ولا بالاكتساب، ولكن تتحول من حالة إلى أخرى، إذ يعود اكتشاف هذا القانون للعالم "ميخائيل لومونوسوڤ" عام 1756م، والذي هو من أصل روسي، فقد اجرى العالم عددًا هائلًا من التجارب حتى توصل لهذا القانون الخاص بكتلة الأجسام، وقد أجرى العالم الفرنسي أنطوان لاڤوازييه تجارب أثبتت صحة القانون عام 1783م، فتجربته المشهورة في العلاقة الكمية بين الأكسجين والزئبق، ففي حال تفاعلهما ينتج أكسيد الزئبق، وعند تسخين 100 غم من هذا الأكسيد ينتج 92.6 غم زئبق و7.4 غم أكسجين، وبالتالي فإن مجموع الكتل قبل التفاعل مساوية لمجوعها قبل التفاعل، وبعبارة كيميائية " مجموع كتل المواد الداخلة في التفاعل تساوي مجموع المواد الناتجة"، بمعنى أن أي كتلة في نظام مغلق لا تتغير وتبقى ثابتة مهما حدث داخل هذا النظام، أما في حالة الحديث عن أوزان المواد قبل التفاعل وبعده، فهي ليست متساوية بشكل مطلق. ^[٢]

تطبيق لقانون حفظ الكتلة

للتأكد من أن القانون هو قانون صحيح تُجرى التجربة الآتية: ^[٣]

• تُجرى التجربة في مختبر الكيمياء، إذ يُحضر أنبوب كيميائي يجب أن يكون جافًا وعلى درجة عالية جدًا من النظافة، لتُقاس كتلته وهو مفرغ بواسطة الميزان الإلكتروني، وعلى فرض كانت الكتلة تساوي 10غم، وبعد ذلك يوضع في الأنبوب محلول كلوريد الصوديوم، لتُقاس كتلة الأنبوب بعد وضع المحلول فيه، وعلى فرض أنها كانت 20 غم، وهذا يعني أن كتلة المحلول هي 10 غم.
• يُحضر دورق على شكل مخروط بشرط أن يكون جافًا ونظيفًا وتُقاس كتلته، وعلى فرض أن مقدارها يساوي 30 غم، ليُضاف في الدورق المخروطي مركب كبريتات الصوديوم، وبعد الاضافة تُقاس كتلة الدورق والتي هي 100 غم.
• تُضاف مادة في الأنبوب من المواد إلى مكونات الدورق، ثم ستتفاعل المكونات في كل من الدورق والأنبوب، وظهور مادة كيميائية مترسبة بيضاء اللون تٌسمى كبريتات الكالسيوم، بالإضافة لسائل بلون شفاف يُسمى كلوريد الصوديوم.
• نقيس كتلة الدورق باستخدام الميزان الإلكتروني، لنجدها تساوي 140 غم، والتي هي عبارة عن كتلة الدورق والمواد الناتجة، التي يتضح منها أن الكتلة لم تتغير قبل وبعد التفاعل للمواد الداخلة فيه.
• في حالة وجود مواد ناتجة بحالة غازية ويكون التفاعل قد تم بوعاء مفتوح، قد تنخفض الكتلة لانطلاق هذه المواد على شكل غاز، ووللتأكد من قانون حفظ الكتلة بشكله الدقيق تُجرى التفاعلات في أوعية مغلقة بنسبة 100%، وأي إخلال بهذا الشرط سيؤدي لاختلاف الكتلة بين المواد المتفاعلة والمواد الناتجة.

وزن المعادلات الكيميائية

أهم قانون في التفاعل الكيميائي هو قانون حفظ الكتلة، فكما ذكرنا عند حدوث أي تفاعل كيميائي تكون مجموع كتل المواد المتفاعلة مساوية لكتل المواد الناتجة، أي أن الكتلة تبقى ثابتة قبل التفاعل وبعده، وبالتالي فإن كتابة المعادلات الكيميائية التي تصف هذه التفاعلات هي في الحقيقة تعبير عنها، فالمعادلة حتى تكتمل بشكلها العلمي الصحيح، يجب أن تخضع لطرق وزن المعادلات الكيميائية حتى تعبر عن قانون حفظ المادة بشكله السليم، ففي التفاعل sH2 + O2 → H2O، فإن كتلة المواد الداخلة في التفاعل تساوي 34 (2+32)، وكتلة المواد الناتجة هي 18(16+2)، وهذه الأرقام مخالفة لقانون حفظ الكتلة، أي إن المعادلة غير موزونة، إذ نجد أن المعادلة هي تفاعل الهيدروجين والأكسجين، وإن عدد ذرات الهيدروحين في الجانب الأيسر هو (2)، وهو نفس العدد في الجانب الأيمن، أما عدد ذرات الأكسجين فتختلف في الطرف الأيمن بعدد (1)، وفي الأيسر هي (2)، وبالتالي يجب مساواة عددها في طرفي المعادلة، وذلك بوضع العدد (2) قبل قبل الناتج وهو الماء، فتصبح sH2 + O2 → 2H2O، ولكن في هذه الحالة أصبح عدد ذرات الهيدروجين (4) في الطرف الأيمن، وبالتالي توضع العدد (2) قبل صيغتها في الطرف الأيسر فتصبح المعادلة، كما يلي : s2H2 + O2 → 2H2O. . ^[٤]

المراجع

1. ↑ "ما الفرق بين الوزن والكتلة "، ibelieveinsci، 23-9-2017، اطّلع عليه بتاريخ 21-5-2019. بتصرّف.
2. ↑ "قانون حفظ الكتلة"، marefa، اطّلع عليه بتاريخ 21-5-2019. بتصرّف.
3. ↑ سمر هشام (9-10-2018)، "شرح قانون حفظ المادة"، yuhmk، اطّلع عليه بتاريخ 21-5-2019. بتصرّف.
4. ↑ "كيفية موازنة المعادلات الكيميائية"، wikihow، اطّلع عليه بتاريخ 21-5-2019. بتصرّف.