질량보존 법칙
질량보존 법칙은 1772년 프랑스의 화학자 라부아지에가 발표한 법칙입니다.
화학반응이 일어날 때 반응 전 물질의 질량과 반응 후 물질의 질량이 같다는 것이죠.
그럼 왜 질량은 안 변할까요?
- 질량은 물질을 구성하는 원자의 개수로 보시면 됩니다. 화학반응이 일어날 때 원자는 생성, 소멸, 다른 원자로 바뀌지 않습니다. 그렇기 때문에 화학반응이 일어나도 원래 있던 원자가 그대로 가기 때문에 질량은 안 변합니다.
- 질량보존 법칙은 물리변화에서도 화학변화에서도 모두 성립이 가능합니다
예를 들면 소금 10g과 물 90g을 섞어서 소금물을 만들었다고 합시다. 그럼, 소금물의 양은 얼마가 되죠? 100g이 되겠죠?
섞기 전 소금과 물이 반응물이 되고, 섞은 후 소금물은 생성물이 됩니다. 소금물은 물리변화이죠? 물리변화에서 질량보존 법칙이 성립되는 것 봤죠?
그럼 화학변화에서는 어떻게 될까요?
수소와 산소를 화학반응 시키면 물이 됩니다. (예전에 강의할 때 한 학생이 왜 물은 수소와 산소로 되어 있냐고?? 물어본 적 있는데, 자연에서 만들어진 물질이 왜 그렇게 구성되어 있는지 아는 사람이 있을까요?? ㅋㅋㅋ 사람이 만든 것이 아닌 이상 왜 그렇게 만들어졌는지는 모르죠. 과학자들이 자연의 물질을 연구하면서 물질을 구성하는 원소들을 알게 된 것이니까요~~~)
다시 돌아와서 수소와 산소가 화학반응이 일어나면 물이 됩니다. 그럼 수소 1g과 산소 8g이 화학반응을 하면 물 몇 g이 만들어질까요? 9g이 만들어져요.(왜 수소가 1g이고 산소가 8g인지는 일정성분비 법칙 때 알게 되니 끝까지 봐야 해요^^)
그럼 화학반응도 질량보존 법칙이 성립하네요^^
본격적으로 여러가지 반응에서 질량보존 법칙이 성립되는지 봅시다^^
앙금이란 화학반응이 일어난 후 물에 녹지 않는 물질을 염이라고 하고, 이런 염을 앙금이라고 한다.
염화나트륨(NaCl ) + 질산은 (AgNO3) -> 염화은(AgCl) ↓ + 질산나트륨(NaNO3)
(↓ 앙금을 이렇게 표시합니다.)
화학반응식에서 왼쪽이 반응물이고 오른쪽이 생성물이잖아요. 화살표를 기준으로~
왼쪽과 오른쪽을 비교해 보시면 있던 원자가 사라지거나, 바뀌거나, 생성된 것 없죠? 따라서 반응물의 질량과 생성물의 질량은 같다는 것을 알 수 있습니다.
염화나트륨과 질산은이 화학반응하면 염화은이라는 흰색의 앙금이 생성됩니다. (중2때 배웠죠??? 앙금에 대해서~~)
기체가 발생하는 반응에서 질량보존이 성립될까??? 정답은 네!! 성립이 됩니다.
탄산칼슘(CaCO3) +염산(2HCl) -> 염화칼슘(CaCl2) + 물(H2O) + 이산화탄소(CO2)↑
(↑ 기체 발생한다는 기호예요^^, 그리고 염산 앞에 2는 화학반응식에서 계수를 맞춰야 해서 ~~)
그림에서 (나)는 기체가 발생을 해도 나갈 수 없고, (다)는 기체가 발생을 하면 뚜껑이 열린 상황이라 나갈 수 있네요. 이처럼 뚜껑이 닫힌 상태와 열린 상태 둘 다 봐야 하는데요.
닫힌상태라면 화학반응이 일어나도 기체가 빠져나갈 수 없으니까, 당연히 반응물의 총 질량과 생성물의 총질량은 같죠. 근데, 열린 상태에서는 기체가 빠져나갔으니까 질량이 조금은 줄어들겠죠? 그럼 질량보존 법칙이 성립 못한다고 하나요? 아닙니다. 빠져나간 기체의 질량을 알 수 있다면 열린 상태에서도 질량보존 법칙 성립합니다. (가)의 질량이 100g이라고 할게요. 그리고 반응이 일어난 후 (다)의 질량이 99.2g이라면 빠져나간 질량은 0.8g이죠? 이 0.8g이 기체이므로 (다)의 총질량에 0.8g을 더하면 100g이 되므로 질량은 변함이 없다는 것이죠. 이해가 되시나요??
연소란 쉽게 말하면 타는 것이죠? 나무가 타는 것. 종이가 타는 것... 이런 것이 연소죠.
강철솜을 연소시켜면 어떻게 될까요? 강철솜이란 철을 아주 가늘게 뽑아서 솜처럼 뭉친 것을 말해요~~
강철솜(2Fe) + 산소(O2) -> 산화철Ⅱ(2FeO)
그림을 보시면 반응 전 강철솜과 반응 후에는 강철솜이 연소가 된 산화철(Ⅱ)이 되는데, 산화철에는 산소와 결합하기 때문에 질량이 늘어난 것이다. 그럼 반응 전 산소의 질량이 2g이고, 강철솜의 질량이 8g이라면 산화철의 질량은 얼마나 될까요? 질량보존 법칙에 의하여 10g이 되겠죠? 이해가 되시나요?
그림에서 (가)는 강철솜이고, (나)에는 연소시키고 있다. 어느 쪽으로 막대저울이 기울까요? 한번 생각해 보세요^^
두 번째 연소실험은 나무 연소 실험입니다.
18세기까지 나무를 연소시키면 사람들은 플로지스톤이라는 물질이 밖으로 빠져나온다고 생각했다고 하네요. 지금 이런 이야기를 하면.. 웃기시네~~ 하죠?? ㅋㅋㅋ 그럼 저 플로지스톤이 지금은 무엇일까요? 바로 이산화탄소와 수증기입니다.
나무는 탄소화합물이에요^^(탄소화합물이란 탄소와 수소 외에 산소, 질소 같은 물질로 이루어진 물질이에요^^ 플라스틱도 탄소화합물입니다.) 탄소화합물을 연소시킨다는 것은 탄소화합물이 산소와 결합하는 것으로 이때 탄소화합물에 있는 탄소와 수소, 산소들이 결합하는 산소와 만나서 이산화탄소, 수증기, 재 같은 것을 말합니다.
강철솜 연소와는 다르게 나무를 연소시키면 이산화탄소와 수증기가 기체로 빠지기 때문에 생성물의 질량은 반응물보다 감소하죠. 하지만, 빠져나간 기체의 질량을 알 수 있다면 반응물의 총질량과 같다는 것을 알 수 있습니다.
이해가 되시나요???
질량보존 법칙 어려운 법칙은 아닙니다. 이해가 안 되면 다시 천천히 읽어보시기 바랍니다.
이상 질량보존 법칙이었습니다.
2023.03.17 - [중등과학문제풀이/중3 과학 이론] - 중3 1단원 질량보존 법칙, 일정성분비 법칙 (2)
중3 1단원 질량보존 법칙, 일정성분비 법칙 (2)
일정성분비 법칙 일정성분비 법칙이란 1799년 프랑스의 화학자인 프루스트가 발표를 했는데요, "한 화합물을 구성하는 성분 원소들 간에는 일정한 질량비가 성립한다."라고 했습니다. 다시 말하
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