Legge di Lavoisier: il principio di conservazione della massa

Uno degli assunti fondamentali da conoscere per studiare chimica è la legge di Lavoisier, nota anche come principio di conservazione della massa. Si tratta di una delle leggi ponderali, ovvero di quei comportamenti che si ripetono in modo regolare quando diverse sostanze interagiscono fra di loro. Con questa denominazione si raggruppano tre enunciati, tra cui quello del titolo.

Le altre due leggi ponderali sono la legge di Proust, detta anche regola delle proporzioni definite, e le legge di Dalton (lo legge delle proporzioni multiple). Per definire tutte e tre questi principi è servito uno strumento che esiste da secoli di cui ora si usa la versione analogica, ovvero la bilancia per registrare le masse. 

Indice
Supera il Test di ingresso
Preparati alle prove di ammissione con i libri e corsi UnidTest

Enunciato della legge di Lavoisier

Sebbene il principio di conservazione della massa sia universalmente attribuito al celebre chimico e naturalista francese sono molte le menti scientifiche lo avevano anticipato. Ancora nell’antica Grecia il filosofo Empedocle affermava una regola simile, affermando che gli elementi potevano trasformarsi ma non consumarsi o venire distrutti.

Come data ufficiale per la definizione della legge di Lavoisier si può identificare il 1789, ma anche altri scienziati contemporanei avevano dato, senza definire una regola, pareri concordanti. Tra questi il russo Michail Vasil’evič Lomonosov e il chimico scozzese Joseph Black, che nacquero rispettivamente quarant’anni e vent’anni prima dello scienziato francese.

L’enunciato definitivo del principio di conservazione della massa come lo si trova oggi sui libri di Chimica è il seguente:
«In una reazione chimica che avvenga la somma delle masse dei reagenti è uguale alla somma delle masse dei prodotti».

Di conseguenza, così come l’energia nell’equazione di Einstein, la massa non può crearsi né distruggersi durante le reazioni chimiche. 

Per dimostrare la sua legge il chimico francese svolse diversi esperimenti all’interno di recipienti chiusi, per evitare l’apporto di altri elementi dall’esterno. Prima e dopo la reazione pesava con la bilancia la massa dei reagenti e dei prodotti e registrava i valori ottenuti per metterli a confronto mostrando come rimanessero uguali.

Qualche esempio per capire meglio 

Di fronte alla legge di Lavoisier c’è chi spesso obietta come alcune reazioni chimiche non sembrino rispettarla del tutto almeno a prima vista.
Pensiamo per esempio a quando si brucia un combustibile, liquido (benzina) o solido (carbone), che quando le fiamme si spengono sembrano sparire.

La realtà è che la massa solida o liquida è diventata gas, ma è rimasta tale e quale a prima. 

Bisogna anche considerare che l’energia chimica contenuta nel combustibile ha subito a sua volta una trasformazione diventando energia termica. Anche il principio di conservazione dell’energia quindi risulta rispettato, perché dobbiamo considerare che questa grandezza non è slegata dalla massa. Anzi, sono collegate anche nella formula E=mc².

La legge di Lavoisier perciò vale anche quando a livello visivo sembra che una parte dei reagenti non ci sia più. Anche facendo evaporare l’acqua di una pentola non si perde affatto la massa del liquido, semplicemente facendole cambiare stato questa sembra disperdersi. Ecco perché all’enunciato di prima bisognerebbe precisare che si tratta sempre di reazioni che avvengono in un sistema chiuso.

Per completezza c’è da aggiungere che nonostante il principio di conservazione dell’energia sia sempre valido non tutti processi chimici sono reversibili. La combustione per esempio non lo è, così come l’ossidazione di alcuni metalli (es. il ferro dei cancelli o degli attrezzi) o il processo con cui frutta e verdura marciscono. 

Esercizi sul principio di Lavoisier 

Vediamo adesso di applicare la regola vista a livello pratico.
 
Consideriamo il seguente problema: faccio reagire 20 grammi di idrogeno molecolare (H2) con 160 grammi di ossigeno (O). Quanti grammi di acqua posso ricavare da questa reazione?
 
Scrivendo la reazione sotto forma di equazione chimica otteniamo H2 + O => H2O, 

Secondo il principio di conservazione la somma delle masse dei reagenti è sempre uguale a quella dei prodotti. Sappiamo già le masse di idrogeno e ossigeno che si combinano, quindi in totale abbiamo 20 g + 160 g = 180 g che reagiscono a sinistra dell’uguale. Di conseguenza l’unico prodotto avrà esattamente la stessa massa e siamo certi di ottenere in tutto 180 grammi di acqua.

Proviamo ora a fare un esercizio speculare dove abbiamo note le masse dei prodotti e non quelle dei reagenti.
Da una reazione di combustione di 60 g di etanolo (C2H6O) ricavo 88 g di anidride carbonica e 54 g di acqua. Quanto ossigeno ha reagito con il combustibile? 

Questa reazione coinvolge sempre una sostanza combustibile e ossigeno, quindi è l’unico reagente mancante.
Poiché sono già note le masse dei prodotti possiamo fare la somma (88 g + 53 g = 131 g) e togliere la massa del reagente noto per ricavare i grammi di quello mancante. Mi basta perciò fare la sottrazione 131 g – 60 g = 71 grammi di ossigeno e ho risolto il problema. 

Un esperimento da fare dal vivo

Nelle scuole superiori spesso si propone un’esperienza di laboratorio molto semplice per dimostrare la legge di Lavoisier.
Per farlo serve procurarsi del nitrato di potassio (KNO3) e dello ioduro di potassio (KI) oltre all’apposita strumentazione. Occorrono due provette di vetro, un becker, una bilancia e una piccola spatola. Bisogna inoltre avere dell’acqua distillata a disposizione per sciogliere i due sali.
 
Per dare inizio all’esperimento bisogna mettere un grammo di ciascun sale all’interno delle due provette provetta, per poi aggiungere 10 mL di acqua in ciascuno. Una volta sciolti il nitrato e lo ioduro mescolando bene si pesano le due provette sulla bilancia e si mescolano all’interno del becker le due soluzioni. I due sali reagiscono formando ioduro di piombo (PbI2), che essendo insolubile si accumula sul fondo. 
 
Pesando questa massa finale si può notare che alla fine avremo gli stessi grammi di partenza (comprensivi di sali e acqua). Volendo si può ripetere utilizzando cloruro di sodio (NaCl) e nitrato di argento (AgNO3).
Entra all'università con UnidTest
Corsi in presenza
Scopri i corsi in 45 città e in diretta eLearning
Preparati online
Scopri i corsi on demand disponibili 24 ore su 24
Piattaforma Genius
Migliora le tue performance con la nostra piattaforma online
Condividi su
Facebook
LinkedIn
Email
WhatsApp
Scritto da
Categorie
Iscriviti alla newsletter

Ricevi i nostri migliori articoli, contenuti gratuiti, offerte riservate e tanto altro!

google news

Ricevi le nostre notizie da Google News

×

Inserisci i tuoi dati per scaricare il contenuto:

Torna in alto