In diesem Kapitel sollen chemische Reaktionen nicht nur qualitativ, sondern auch quantitativ betrachtet werden. Wie bekannt ist, verschwinden bei einer chemischen Reaktion Ausgangsstoffe (Edukte) und es entstehen neue Endstoffe (Produkte). Nun stellt sich die Frage, ob Elemente ineinander umgewandelt werden können und wie diese quantitativ betrachtet werden können.
Zu Beginn kann gleich festgehalten werden, dass chemische Reaktionen keine neuen Elemente schafft. Ein Element kann nur aus Verbindungen dieses Elementes wieder zurückgewonnen werden (z.B. H2O kann in H2 und O2 zerlegt werden). Nun kann man im folgenden diese Reaktionen quantitativ betrachtet, dazu hilft das Gesetz zur Erhaltung der Masse von Lavoiser.
Führt man Reaktionen in einem geschlossenen System durch, so ändert sich die Gesamtmasse der Reaktionspartner nicht. Dieses Gesetz gilt allerdings nur bei Reaktionen im “üblichen” Maßstab, da an jeder Reaktion ein Energieumsatz (z.B. Wärmeentwicklung) beteiligt ist, ändert sich auch die Masse (nach Einstein E = m· c²). Findet z.B. eine Wärmeentwicklung während der Reaktion statt, so ist dies mit einem Masseverlust verbunden, der Verlust ist aber so gering, dass er im Rahmen der üblichen Meßgenauigkeiten nicht feststellbar ist. So bedeutet beispielsweise eine Energieabgabe (Erwärmung) von 100 KJ einen Masseverlust von 10-9 g.
Erhitzt man 550 mg Kupfer im Schwefeldampf, so entstehen 689 mg Kupfersulfid. Da nach dem Gesetz zur Erhaltung der Masse keine Masse während einer Reaktion “verloren” geht, kann man die Masse an Schwefel berechnen, die reagiert hat. Die Masse m(Schwefel) = m(Kupfersulfid) – m(Kupfer) = 689 mg – 550 mg = 139 mg
Das Grundprinzip des Gesetzes zur Erhaltung der Masse besagt, dass die Gesamtmasse eines geschlossenen Systems nicht ändert, egal welche Prozesse innerhalb dieses Systems ablaufen. Dies bedeutet, dass die Masse der Reaktanten in einer chemischen Reaktion gleich der Masse der Produkte ist.
Das Gesetz zur Erhaltung der Masse wurde von Antoine Lavoisier, einem französischen Chemiker, formuliert.
Das Gesetz zur Erhaltung der Masse gilt nicht bei Kernreaktionen. Bei Kernreaktionen kann Masse in Energie umgewandelt werden und umgekehrt, wie es Albert Einsteins berühmte Gleichung E=mc² zeigt.
Eine bekannte Ausnahme zum Gesetz zur Erhaltung der Masse ist die kernphysikalische Reaktion, bei der Masse in Energie umgewandelt wird und umgekehrt.
In der Mathematik besagt das Gesetz zur Erhaltung der Masse, dass die Masse eines geschlossenen Systems immer konstant bleibt, unabhängig von den inneren Vorgängen.
Das Gesetz zur Erhaltung der Masse ist wichtig, weil es eines der grundlegenden Prinzipien in der Physik und Chemie ist. Es ist entscheidend für das Verständnis der Natur von Materie und ihrer Wechselwirkungen.
Die Einheit der Masse in diesem Gesetz kann in Kilogramm (kg), Gramm (g), Milligramm (mg), etc. ausgedrückt werden.
Das Gesetz zur Erhaltung der Masse findet Anwendung in diversen Bereichen wie Physik, Chemie, Biologie und Ingenieurwesen.
Das Gesetz zur Erhaltung der Masse wird in einer Gleichung ausgedrückt als: Die Summe der Masse der Reaktanten = Die Summe der Masse der Produkte. Kurz: m1=m2.
Ein geschlossenes System im Bezug auf das Gesetz zur Erhaltung der Masse ist ein System, in dem keine Materie ein- oder austritt. Das bedeutet, dass die Gesamtmasse innerhalb dieses Systems konstant bleibt.