قانون بقاي جرم لاوازيه

مقدمه

آزمايش هاي آنتوان لاوازيه، شروع يک انقلاب در علم شيمي است. اين آزمايش ها را مي توان سرآغاز علم شيمي جديد دانست. او با توجه به نتايج آزمايش هاي کمي به توضيح پديده هاي شيميايي دست يافت و نظريه فلوژيستون را در توجيه فرايندهاي شيميايي برانداخت.

 

قانون بقاي جرم

قانون بقاي جرم مي گويد که در جريان يک واکنش شيميايي تغييري در جرم ، که قابل تشخيص باشد روي نمي دهد.

تا قبل از قرن هجدهم ميلادي اصل بقاي جرم و اصل بقاي انرژي، دو اصل کلي و مستقل بودند که پايه هاي دانش را تشکيل مي دادند.

در نيمه دوم قرن هجدهم ميلادي لاوازيه دانشمند فرانسوي پس از يك سلسله تجربيات دريافت كه مقدار جرم ماده كه در فعل و انفعالات شيميايي دخالت دارند همواره ثابت مي ماند و اين مشخصه مواد رادر قانون زير به نام قانون بقاي جرم خلاصه نمود.

 

در محدوده فيزيک کلاسيک؛  در دستگاه هاي منزوي هيچ جرمي از بين نمي رود و هيچ جرمي نيز به خودي خود و بدون جرم ديگر به وجود نمي آيد و يا به عبارت ديگر مقدار جرم مادي كه در عالم وجود دارد همواره ثابت است. اصل بقاي انرژي مي گويد انرژي هر دستگاه معين مقدار ثابتي دارد. نه مي توان انرژي را خلق كرد و نه آن را از بين برد فقط انرژي از شکلي به شکل ديگر تغيير مي کند . 

 با وجود تغييراتي كه ممكن است در ديگر كميت هاي دستگاه (مثل انرژي ،حجم ودما ) رخ دهد، جرم كل دستگاه به شرط منزوي بودن ثابت خواهد بود. يعني اين كه جرم نمي تواند آفريده شود و يا از بين برود، يا توليد و يا نابود شود. به عبارت ديگر مي توان گفت كه جرم خاصيت زوال ناپذير ماده است كه در تغييرات شيميايي ماده همواره ثابت مي ماند. تنها از ماده اي به ماده ديگر منتقل مي شود به طور كلي در هيچ تغييري جرم ماده از بين نمي رود و يا به وجود نمي آيد. به طوري كه جرم كل جهان همواره ثابت مي ماند.

البته سيستم هايي وجود دارند كه جرم آن ها درطول زمان تغيير مي كند. به عنوان مثال اگر حركت موشك را در نظر بگيريم. موشك قبل از پرتاب داراي يك مقدار جرم كل خواهد بود . اما بعد از پرتاب سوخت موشك مصرف مي شود بنابراين جرم سيستم موشك در اين لحظه با جرم آن قبل از پرتاب متفاوت خواهد بود. پس سيستم بقا نخواهد داشت. با اين حال اگر موشك و گازهاي خارج شده از آن را كلا به صورت يك سيستم فرض كنيم در اين صورت نيروهايي كه گازها ي خارج شده و موشك به يكديگر وارد مي كنند، در حكم نيروهاي داخلي بوده و شرط منزوي بودن سيستم برقرار مي شود و باز جرم بقا خواهد داشت.

 درحالتي كه سرعت جسم نزديك به سرعت نورباشد، دراين صورت ديگر در قلمرو فيزيك كلاسيك نخواهيم بود و لذا قانون بقاي جرم نقض مي شود .

 قانون بقاي جرم - انرژي: گفتيم كه اگر سرعت جسمي بتواند نزديك به سرعت نور برسد، در اين صورت از محدوده فيزيك كلاسيك خارج خواهيم شد. در اين حالت قوانين بقاي جرم وانرژي نقض مي شود، ودر عوض يك قانون واحد به نام قانون بقاي جرم- انرژي بيان مي شود. براين اساس هرگاه تغييري در مقدار جرم صورت گيرد، اين تغيير به وسيله تغيير انرژي جبران مي شود.

 به عنوان مثال اگر جرم كاهش يابد، در اين صورت به اندازه تغيير جرم انرژي توليد مي شود و برعكس، اگرجرم افزايش يابد، مقداري انرژي به جرم تبديل شده است. هم ارزي بين جرم و انرژي اولين بار توسط اينشتن در نظريه نسبيت بيان شد. در مورد تبديلات هسته اي نيز هم ارزي بين جرم وانرژي حاکم است.

لاوازيه اعلام کرد که تغييرات انرژي در واکنش هاي شيميايي معمولي ممکن است در نتيجه تغيير جرم باشد ولي اين گونه تغييرات جرمي بسيار کمتر از آن است که از طريق آزمايش قابل تشخيص باشد ازاين رو قانون بقاي جرم همان طوري که بيان شد ، براي تمام واکنش ها معتبر است  به استثناء واکنش هايي که با تغييرات هسته اي همراه باشند

. اين قانون نخستين بار توسط آنتوان لاوازيه در اثري از او با عنوان بررسي مقدماتي شيمي 1 رسماً بيان شده است ولي کساني هم که پيش از او با روش هاي کمي سروکار داشته اند چنين اصلي را پذيرفته بودند قانون بقاي جرم تا آنجا که به معادلات شيميايي مربوط مي شود به اين معني است که اتم هاي هر عنصر خواه ترکيب شده وخواه ترکيب نشده به همان تعداد که در طرف چپ معادله ديده مي شوند در طرف راست آن هم بايد وجود داشته باشند.