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Gesetz zur Erhaltung der Masse - Gesetzmäßigkeiten der Stöchometrie

Allgemeines:
Betrachtet man chemische Reaktionen bzw. Stoffumwandlungen, gibt es ein paar Gesetzmäßigkeiten, die dabei helfen, Fragestellungen im Bereich der Stoffumwandlungen zu lösen. Die wichtigsten Gesetzmäßigkeiten sind:

  • Gesetz zur Erhaltung der Masse
  • Gesetz von den konstanten Proportionen
  • Gesetz der mulitplen Proportionen


Das Gesetz zur Erhaltung der Masse:
Das Gesetz zur Erhaltung der Masse ist eine der wichtigsten Grundlagen und besagt, dass bei allen chemischen Reaktionen die Gesamtmasse der an der Reaktion beteiligten Stoffe erhalten bleiben, d.h die Gesamtmasse der Ausgangsstoffe ist gleich der Gesamtmasse der Endstoffe. 
Diese Gesetzmäßigkeit wurde M. W. Lomonossow formuliert und von A. L. Lavoisier bestätigt, weswegen es auch als Lomonossow-Lavoisier-Gesetz bezeichnet wird.
 

Anmerkung 1:
Die Anwendung des Gesetzes zur Erhaltung der Masse macht nur in geschlossenen Systemen Sinn. Dies erkannte bereits Lavoisier, indem er z.B. Metalle an Luft verbrannte und das Reaktionsprodukt (das Metalloxid) anschließend wog, genauso wie eine brennende Kerze auf einer Waage immer weniger Masse anzeigt. Rechnet man die Masse des entstandenen Kohlenstoffdioxids mit, so stimmt der Erhaltungssatz.
 

Anwendung:
Das Gesetz zur Erhaltung der Masse lässt sicn anwenden, um beispielsweise die Masse eines bestimmten Ausgangsstoffes zu ermitteln. Beispiel:  Es reagieren 5,5 g Kupfer mit einer bestimmten Menge Schwefel, dabei erhält man als Produkt ca. 6,9 g Kupfersulfid. Nun stellt sich die Frage, welche Masse an Schwefel reagiert hat. Diese Antwort lässt sich mit dem Gesetz zur Erhaltung der Masse einfach beantworten: m(Ausgangsstoffe) = m(Endstoffe).

m(Kupfer) + m(Schwefel) = m(Kupfersulfid)
m(Schwefel) = m(Kupfersulfid) - m(Kupfer) = 6,9 g - 5,5 g = 1,4 g

Das Ergebnis lässt sich leicht in einem Experiment verifizieren.
 

Anmerkung 2:
Das Gesetz zur Erhaltung der Masse ist innerhalb der Meßgenauigkeiten gültig. Dennoch muss erwähnt erwähnt, dass bei jeder chemischen Reaktion ein Energieumsatz erfolgt (Energieabgabe oder Energieaufnahme). Nach Einstein gilt die Äquivalenz von der Masse m und der Energie E (E = m·c²), d.h. jede Energieänderung führt auch zu einer Massenänderung. Anhand eines Beispiels soll nun erläutert werden, dass das Gesetz zur Erhaltung der Masse denoch verwendet werden kann.

So reagiert beispielsweise 2 mol Eisen mit 1 mol Sauerstoff zu 2 mol Eisen(II)oxid, dabei werden ca. 540 KJ an Energie frei. 
Nun kann man die freiwerdende Energie nach der Formel E = m·c² in eine entsprechende Masse umrechnen, m = E : c² (Einheit J: 1J = [1kg·1m²] : 1s²). Setzt man die Werte in die Gleichung ein, so erhält man als Ergebnis für die Masse 6,1·10-12 kg (was weniger entspricht als einem Milliardstel Gramm)

was bedeutet und somit beweist, dass das Gesetzt zur Erhaltung der Masse bei "normalen" Reaktionen verwendet werden kann. Bei Kernreaktionen hingegen, die in der Regel mit wesentlich höheren Energieumsätzen verbunden sind, kann die Massenänderung durch den Energieumsatz nicht vernachlässigt werden.
 


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