Prawo zachowania masy

Wszystkie przemiany chemiczne, do jakiegokolwiek typu należą, podlegają kilku zasadniczym prawom, których słuszność została potwierdzona przez bardzo liczne doświadczenia. Pierwsze z tych praw, znane pod nazwą prawa zachowania masy, może być sformułowane w sposób następujący:

Ogólna masa substancji powstających na skutek jakiejkolwiek przemiany chemicznej (produktów reakcji) jest równa ogólnej masie substancji wyjściowych (substratów reakcji).

Gdy np. węglan wapniowy ulega rozpadowi pod wpływem wysokiej temperatury, masa powstających produktów (tlenku wapniowego i dwutlenku węgla) jest równa masie rozłożonego węglanu. Podobnie masa związku powstającego przez ogrzewanie opiłek żelaznych ze sproszkowaną siarką (siarczku żelazawego) jest równa sumie mas obu substancji wyjściowych.

Prawo zachowania masy zostało po raz pierwszy sformułowane przez uczonego rosyjskiego Łomonosowa (1748), a w dwadzieścia kilka lat później, lecz niezależnie od niego — przez francuskiego chemika Lavoisiera (1774). Liczne badania późniejsze, z których wymienić warto rozległe doświadczenia S t a s a w drugiej połowie XIX w. oraz prace Landolta (1907), całkowicie potwierdziły słuszność tego prawa w granicach nieuniknionego błędu doświadczenia (10-7—10 °/o).

Prawo zachowania masy jest prawem czysto empirycznym, tj. opartym wyłącznie na doświadczeniu. Z teoretycznego punktu widzenia słuszność jego została zakwestionowana przez teorię względności Einsteina. Z teorii tej wynika mianowicie, że w pewnych przemianach może nastąpić zanik masy, na której miejsce powstać musi odpowiednia ilość energii (lub odwrotnie), podobnie jak np. energia mechaniczna może powstawać kosztem zaniku energii cieplnej. Masa i energia są więc jedynie różnymi formami występowania materii. Tak jak się mówi o równoważniku mechanicznym ciepła, można mówić' też o równoważniku energetycznym masy, jako o ilości energii powstającej kosztem zaniku jednostki masy. Teoria Einsteina podaje nawet wartość liczbową tego równoważnika. W myśl tej teorii mianowicie:

E = mc2, gdzie c oznacza prędkość rozchodzenia się światła w próżni. Stąd: E — e3 = 9 10ao erg/g. m. Zanikowi 1 g masy jakiegokolwiek rodzaju towarzyszyć powinno powstawanie olbrzymich ilości energii. Podczas przemian chemicznych energia wydziela się najczęściej pod postacią ciepła. Ilość ciepła wydzielająca się podczas jednej z najgwałtowniejszych przemian chemicz- nych, jaką jest spalanie wodoru, wynosi okrągło 34 kcal na gram wodoru. Biorąc pod uwagą powyższą wartość równoważnika energetycznego masy, można obliczyć, że odpowiada to ubytkowi masy rządu 10—9 a więc wielkości leżącej o parę potąg dziesiąciu poniżej czułości najdokładniejszych wag współczesnych (10-6 g). Jeśli wiąc chodzi o zagadnienia praktyczne, można nadal uważać prawo zachowania masy podczas przemian chemicznych za słuszne.

Dopiero w ciągu ostatniego ćwierćwiecza poznano procesy, podczas których następuje przemiana dostrzegalnych ilości masy w energię.