Wet van behoud van massa

De wet van behoud van massa werd geformuleerd door Antoine Lavoisier

De wet van behoud van massa of de wet van Lavoisier is een wet uit de scheikunde en natuurkunde. De wet werd in 1789 vastgelegd door de Franse scheikundige Antoine Lavoisier. Volgens de wet gaat er bij een chemische reactie (in een afgesloten ruimte) geen massa verloren. De massa is voor en na de chemische reactie dus precies hetzelfde.

Lavoisier ontwikkelde wet in zijn beroemde werk Traité élémentaire de chimie nadat hij de zogeheten flogistontheorie had ontkracht.

Ontstaan

De wet was niet helemaal Lavoisiers eigen idee. De Russische scheikundige Michail Lomonosov deed in 1748 al soortgelijke beweringen. Ook deed hij experimenten op het gebied van massa voor en na reacties. Toch was Lavoisier degene die de wet formuleerde. Hierdoor staat de wet bekend als de wet van Lavoisier en niet als de wet van Lomonosov.

Overigens was het formuleren van de wet alleen mogelijk dankzij de vacuümpomp. Hierdoor kon men gassen (zoals zuurstof of koolstof) wegen en isoleren. De wet van behoud van massa had een grote invloed bij het ontstaan van de moderne scheikunde, waardoor we Lavoisier overigens te danken hebben.

De wet

Bij de wet van Lavoisier gaat het om een chemische reactie in een afgesloten ruimte. Hiermee wordt bedoeld dat tijdens de chemische reactie geen moleculen ontsnappen.

De wet stelt dat de massa van de moleculen vóór de chemische reactie precies hetzelfde is als de massa van de moleculen ná de chemische reactie. De moleculen voor de chemische reactie worden de reagentia genoemd. De moleculen na de chemische reactie heten de reactieproducten. De wet wordt uitgeschreven als de volgende formule:

m_in = m_uit

In deze formule staat “m” voor “massa”. De “=” staat voor “gelijk aan”. Het woord “in” betekent “voor de reactie” en “uit” betekent “na de reactie”.

De wet kan uitgelegd worden aan het volgende voorbeeld: Bij het maken van limonade mix je water met siroop. Het gewicht van het water én de siroop samen is precies hetzelfde voor het mixen als na het mixen. Het mixen van de limonade stelt in dit voorbeeld de chemische reactie voor.

Berekenen van de missende reactieproducten

Voor het bereken van de missende reactieproducten heb je twee zaken nodig:

• De totale massa van de reagentia
• De gezamenlijke massa van de bekende reactieproducten

Vervolgens trek je de gezamenlijke massa van de bekende reactieproducten af van de totale massa van de reagentia. Dit kun je uitschrijven als de formule:

Totale massa van reagentia – Gezamenlijke massa van bekende reactieproducten = Massa van missende reactieproducten.

Mocht je een missend reagentium zoeken, kun je de formule omdraaien. Hierdoor krijg je:

Totale massa van de reactieproducten – gezamenlijke massa van de bekende reagentia = massa van de missende reagentia.

Gebruik

Het voorbeeld uitgelegd aan de hand van een afbeelding

De wet van behoud van massa kan ook gebruikt worden om de verhoudingen van de reagentia en reactieproducten weer te geven. Bij een chemische reactie heb je dezelfde soorten en aantallen atomen vóór en ná de chemische reactie. Het enige wat veranderd in de samenstelling (oftewel de moleculen).

Om de verhoudingen uit te leggen wordt het volgende voorbeeld gebruikt: Het verbranden van methaan (CH₄), waarbij zuurstof (O₂) aan de pas komt. Verbranding is namelijk een reactie met zuurstof. Bij het verbranden van methaan ontstaan de moleculen koolstof (CO₂) en waterstof (H₂O). Hierdoor krijg je het volgende reactieschema:

CH₄ + O₂ → CO₂ + H₂O

Zoals je ziet is deze vergelijking niet kloppend; het aantal zuurstof- en waterstofatomen aan beide kanten is niet gelijk. Rechts staan er drie zuurstofatomen (O) en twee waterstofatomen (H). Links staan er echter maar twee zuurstofatomen (O) en vier waterstofatomen (H). Het aantal koolstofatomen (C) is wel gelijk. Dit kun je oplossen door het molecuul zuurstof (O₂) en het molecuul waterstof (H₂O) te verdubbelen. Hierdoor krijg je:

CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O

Je ziet hierdoor dat de vergelijking nu wel in balans is. Deze vergelijking zegt ons nu iets over de verhoudingen. Bij de reagentia zijn er voor iedere verbrand methaanmolecuul twee zuurstofmoleculen nodig. Door de verbranding blijven er volgens één koolstofmolecuul en twee waterstofmoleculen over. De verbranding van methaan produceren dus twee keer zoveel water als koolstof.

In principe is de wet van behoud van massa erg betrouwbaar, aangezien hij vrijwel altijd klopt. Toch kunnen de reactieproducten soms iets lichter zijn dan de reagentia. Dit komt doordat tijdens de chemische reactie energie vrijkomt, waardoor massa verloren kan gaan.

Bronnen

• Het artikel op Wikipedia
• Wet van behoud van massa op www.examenoverzicht.nl