Erhaltung der Masse

Das Gesetz von der Erhaltung der Masse besagt:

Bei allen chemischen Reaktionen bleibt die Gesamtmasse der an der Reaktion beteiligten Stoffe erhalten. Die Gesamtmasse der Ausgangsstoffe ist gleich der Gesamtmasse der Reaktionsprodukte.

Berechnungen mit dem Gesetz von der Erhaltung der Masse

Das Gesetz von der Erhaltung der Masse wird für chemische Berechnungen genutzt. Dabei findet häufig auch noch das Gesetz von den konstanten Proportionen Anwendung. Mithilfe dieser Gesetze kann man chemische Berechnungen auf zwei Wegen durchführen:

1. Berechnungen mit Verhältnisgleichungen

Diese Verhältnisgleichungen werden aus Gleichungen für chemische Reaktionen abgeleitet, wie folgendes Beispiel zeigt:

$\text{A + B }\to \text{ C + D}$

Daraus ergibt sich folgende Verhältnisgleichung:

$\frac{m_1}{\text{Wert 1}}=\frac{m_2}{\text{Wert 2}}$

2. Berechnungen mit Größengleichungen

Wenn die gegebenen und gesuchten Größen bekannt sind, dann kann folgende Größengleichung für Berechnungen genutzt werden:

$\frac{m_1}{m_2}=\frac{M_1\cdot n_1}{M_2\cdot n_2}$

Aus der Geschichte der Entdeckung des Gesetzes von der Erhaltung der Masse

Die Entdeckung des Gesetzes von der Erhaltung der Masse stand im Zusammenhang mit Untersuchungen von Verbrennungen.

So hatte R. BOYLE (1627 - 1691) Experimente mit Blei vorgenommen. Dazu erhitzte er dieses Metall, nachdem er es gewogen hatte, in einem geschlossenen Gefäß. Beim Öffnen des Gefäßes hörte er ein Zischen und notierte gewissenhaft diese Beobachtung. Er maß ihr aber zunächst weiter keine Bedeutung bei. Daher entging ihm, dass nach dem Öffnen ein Stoffgemisch mit einer Masse den Raum des „verbrauchten Sauerstoffs“ im Gefäß einnahm. (Allerdings hatte man zu dieser Zeit den Sauerstoff noch nicht entdeckt und kannte das Wesen der Oxidation noch nicht.) Beim Wägen des Reaktionsproduktes (Bleioxid) stellte BOYLE eine Massenzunahme fest. Weil er eine wichtige Beobachtung nicht richtig deuten konnte, kam er zu falschen Schlussfolgerungen.

M. W. LOMONOSSOW (1711 - 1765) und A. LAVOISIER (1743 - 1794) wiederholten die Experimente. Sie verglichen die Massen vor und nach dem Experiment, ehe das Behältnis geöffnet wurde. Aus dem Ergebnis dieses und weiterer Versuche leitete LAVOISIER das Gesetz von der Erhaltung der Masse ab.

Und was sagt Einstein dazu?

Zu Beginn des 20. Jahrhunderts postulierte A. Einstein seine berühmte Gleichung:

E = m $·$c${}^2$

die die Äquivalenz von der Masse m und der Energie E beschreibt und wobei c${}^2$ das Quadrat der Lichtgeschwindigkeit ist.

Bei chemischen Reaktionen wird Energie abgegeben (exotherme Reaktion) oder aufgenommen (endotherme Reaktion). Gilt das Gesetz der Erhaltung der Masse trotzdem?

Wählen wir uns die Reaktion

$\text{2 Al + 1}{\text{,5 O}}_{\text{2}}\to {\text{ Al}}_{\text{2}}{\text{O}}_{\text{3 }}\Delta \text{E= -1600 kJ}$

aus.

Nach dem Massenerhaltungssatz reagieren 2 mal 26,982 g Aluminium und 3 mal 15,999g Sauerstoff zu 101,961 g Aluminium(III)-oxid.

Bei dieser Reaktion werden 1600 kJ Wärmeenergie abgegeben.

Welcher Masse entspricht die bei der obrigen Reaktion abgegebenen Energie?

Gegeben:
E= 1600 kJ (1 J = 1kg$·$1m${}^2$ $·$1sec${}^{-2}$)
c= 300000 km$·$sec${}^{-1}$

Gesucht:
m

$\begin{array}{l}m\text{=}\frac{E}{c^2}\\ m=\frac{\mathrm{1,6}\cdot {10}^6[\text{kg}\cdot {\text{m}}^2\cdot {\sec }^2]}{{\left(\text{3}\cdot {\text{10}}^{\text{8}}[\text{m}\cdot {\text{sec}}^{\text{-1}}]\right)}^2}\\ m=\mathrm{1,8}\cdot {10}^{-11}[\text{kg}]\end{array}$

Da bei dieser Gesamtmasse von ca. 102 g eine Massenänderung von 1,8$·$10${}^{-8}$g wägetechnisch nicht zu ermitteln ist, gilt bei allen chemischen Reaktionen das Gesetz der Erhaltung der Masse.