Ley de conservación de la masa (Lavoisier)
Cada 7 de diciembre queman el diablo en tu cuadra: de una pila de papel y madera solo quedan unas pocas cenizas. ¿Adónde fue el resto? Hay más casos raros. Enciendes una vela sobre una balanza y, con el tiempo, la lectura baja. Quemas un trozo de lana de acero (la que se usa para lavar ollas) y, en cambio, pesa más. ¿Se crea o se destruye materia en una reacción química? La respuesta, que tardó siglos en llegar, es que no: la materia solo cambia de lugar. Lo mismo pasa con el cilindro de gas propano de tu casa, que va perdiendo masa a medida que cocinas.
El experimento de Lavoisier
Antoine Lavoisier trabajaba en el París de finales del siglo XVIII. Antes de él, muchos químicos pesaban los sólidos y los líquidos de una reacción, pero no se preocupaban por los gases que entraban o salían. Hoy lo explicamos con el modelo de partículas: en una reacción los átomos se reagrupan, no se crean ni se destruyen. Lavoisier fue el primero en encerrar las reacciones en recipientes cerrados y pesarlo absolutamente todo, incluido el aire.
Dicho con una ecuación de palabras: masa de los reactivos = masa de los productos.
Completa la frase con las palabras que faltan: «En toda reacción química, la masa total de los $\dots$ es igual a la masa total de los $\dots$: la masa no se crea ni se…
Completa la frase con las palabras que faltan: «En toda reacción química, la masa total de los $\dots$ es igual a la masa total de los $\dots$: la masa no se crea ni se $\dots$, solo se transforma».
Lucía pesa en un vaso cerrado dos disoluciones: antes de mezclarlas, la balanza marca $185\ \text{g}$. Al juntarlas aparece un precipitado blanco. La figura muestra el…
Lucía pesa en un vaso cerrado dos disoluciones: antes de mezclarlas, la balanza marca $185\ \text{g}$. Al juntarlas aparece un precipitado blanco. La figura muestra el vaso cerrado sobre la balanza, antes y después de mezclar.
¿Cuánto marcará la balanza después de la reacción? Justifica tu respuesta con la ley de Lavoisier.
Lavoisier calentó mercurio durante doce días en una retorta (un recipiente de vidrio cerrado) que contenía aire. El mercurio se cubrió de un polvo rojo y su masa…
Lavoisier calentó mercurio durante doce días en una retorta (un recipiente de vidrio cerrado) que contenía aire. El mercurio se cubrió de un polvo rojo y su masa aumentó, mientras que el aire del interior perdió una parte de su volumen. La figura muestra la retorta cerrada.
- a) ¿Por qué aumentó la masa del mercurio?
- b) ¿De dónde salió la masa que ganó?
- c) Explica por qué la masa total de la retorta cerrada no cambió durante el experimento.
Cuando parece que la masa cambia
El problema casi siempre es el mismo: si la reacción libera o consume un gas y no pesamos ese gas, la balanza nos engaña.
También hay cambios físicos donde nada se pierde: si un hielo de $30\ \text{g}$ se derrite en un vaso tapado, el agua líquida pesa $30\ \text{g}$. Aquí ni siquiera hay reacción química: solo cambió el estado de agregación. Disolver azúcar en el café también es un cambio físico.
Dejamos una vela encendida sobre una balanza, al aire libre, y vemos que la lectura va bajando poco a poco, como muestra la figura. ¿Significa eso que se está…
Dejamos una vela encendida sobre una balanza, al aire libre, y vemos que la lectura va bajando poco a poco, como muestra la figura.
¿Significa eso que se está destruyendo materia? ¿Dónde va a parar la masa que la balanza ya no detecta?
Un cubito de hielo de $30\ \text{g}$ se derrite por completo dentro de un vaso bien tapado. ¿Cuánto pesará el agua líquida resultante? ¿Ha ocurrido una reacción química?…
Un cubito de hielo de $30\ \text{g}$ se derrite por completo dentro de un vaso bien tapado. ¿Cuánto pesará el agua líquida resultante? ¿Ha ocurrido una reacción química? Razona tus respuestas.
Calentamos sobre una balanza un rollo de lana de acero de $50\ \text{g}$ hasta que arde; el residuo que queda pesa $68\ \text{g}$. La figura muestra la balanza antes y…
Calentamos sobre una balanza un rollo de lana de acero de $50\ \text{g}$ hasta que arde; el residuo que queda pesa $68\ \text{g}$. La figura muestra la balanza antes y después de arder.
- a) ¿La masa aumentó o disminuyó? ¿De dónde salió la diferencia?
- b) Predice qué marcaría la balanza si pudiéramos pesar también el aire que reaccionó.
- c) Explica por qué este experimento de «ganancia» de masa confirma la ley de Lavoisier igual que los de «pérdida».
Calcular con la ley de Lavoisier
Si descompones $18.0\ \text{g}$ de agua con electricidad (electrólisis) y obtienes $16.0\ \text{g}$ de oxígeno, ¿puedes saber cuánto hidrógeno se formó sin pesarlo? Sí: la ley te permite calcular una masa que no conoces si conoces las demás.
Mueve los coeficientes del interactivo para balancear la ecuación: el número de átomos de carbono y de oxígeno tiene que ser el mismo a los dos lados de la flecha, porque son los mismos átomos antes y después.
En una reacción, $12\ \text{g}$ de carbono se combinan exactamente con $32\ \text{g}$ de oxígeno, sin que sobre nada, como muestra el esquema. ¿Qué masa de dióxido de…
En una reacción, $12\ \text{g}$ de carbono se combinan exactamente con $32\ \text{g}$ de oxígeno, sin que sobre nada, como muestra el esquema.
¿Qué masa de dióxido de carbono se forma?
Una cinta de magnesio de $6\ \text{g}$ arde en el aire y se recogen $10\ \text{g}$ de óxido de magnesio en polvo. a) ¿Qué masa de oxígeno del aire se ha combinado con el…
Una cinta de magnesio de $6\ \text{g}$ arde en el aire y se recogen $10\ \text{g}$ de óxido de magnesio en polvo.
- a) ¿Qué masa de oxígeno del aire se ha combinado con el magnesio?
- b) Si quemáramos $12\ \text{g}$ de magnesio con oxígeno de sobra, ¿qué masa de óxido obtendríamos?
En una hornilla de camping se queman $58\ \text{g}$ de butano consumiendo $208\ \text{g}$ de oxígeno del aire. a) ¿Qué masa total de productos (dióxido de carbono y…
En una hornilla de camping se queman $58\ \text{g}$ de butano consumiendo $208\ \text{g}$ de oxígeno del aire.
- a) ¿Qué masa total de productos (dióxido de carbono y vapor de agua) se forma?
- b) Si el agua producida son $90\ \text{g}$, ¿qué masa de dióxido de carbono se ha emitido?
Recipientes abiertos y cerrados
Para comprobar la ley en el laboratorio hay que pensar bien el montaje: si algún gas puede escapar sin control, la comprobación falla aunque la ley sea cierta.
Disolvemos una pastilla efervescente de $4\ \text{g}$ en un vaso abierto con $150\ \text{g}$ de agua. Cuando termina el burbujeo, el vaso con su contenido pesa…
Disolvemos una pastilla efervescente de $4\ \text{g}$ en un vaso abierto con $150\ \text{g}$ de agua. Cuando termina el burbujeo, el vaso con su contenido pesa $152\ \text{g}$. La figura muestra el vaso abierto sobre la balanza.
- a) ¿Qué masa de gas se escapó al aire?
- b) ¿Cuánto pesaría el conjunto si el experimento se hubiera hecho en un recipiente cerrado?
Diseña un experimento con una botella, un globo, vinagre y bicarbonato para demostrar la ley de conservación de la masa aunque en la reacción se desprenda un gas.…
Diseña un experimento con una botella, un globo, vinagre y bicarbonato para demostrar la ley de conservación de la masa aunque en la reacción se desprenda un gas. Describe el montaje paso a paso, predice qué marcará la balanza antes y después de la reacción y señala dos errores experimentales que podrían estropear la comprobación.
En una nave espacial sellada, un astronauta consume unos $840\ \text{g}$ de oxígeno al día y exhala unos $1000\ \text{g}$ de dióxido de carbono y unos $400\ \text{g}$ de…
En una nave espacial sellada, un astronauta consume unos $840\ \text{g}$ de oxígeno al día y exhala unos $1000\ \text{g}$ de dióxido de carbono y unos $400\ \text{g}$ de vapor de agua.
- a) La masa de lo que exhala supera la del oxígeno que respira: ¿de dónde sale la diferencia?
- b) ¿Cambia la masa total de la nave con todo su contenido? Justifícalo.
- c) Si la masa se conserva, ¿por qué hace falta un sistema que depure el aire de la cabina?
Errores de medida
En el laboratorio las balanzas nunca son perfectas. Cuando los resultados no coinciden exactamente, hay que distinguir entre un error pequeño de medida y una contradicción real de la ley.
En un horno de cal se calientan $100\ \text{kg}$ de piedra caliza y se obtienen $56\ \text{kg}$ de cal viva. a) Un operario afirma: «Se ha perdido masa, así que…
En un horno de cal se calientan $100\ \text{kg}$ de piedra caliza y se obtienen $56\ \text{kg}$ de cal viva.
- a) Un operario afirma: «Se ha perdido masa, así que Lavoisier se equivocaba». Explícale por qué no es así.
- b) Calcula la masa de dióxido de carbono que ha salido por la chimenea.
- c) ¿Cómo repetirías el experimento para comprobar la ley de conservación de la masa directamente?
Un grupo de alumnos comprueba la conservación de la masa en una reacción de precipitación y anota: masa antes de mezclar, $164.8\ \text{g}$; masa después,…
Un grupo de alumnos comprueba la conservación de la masa en una reacción de precipitación y anota: masa antes de mezclar, $164.8\ \text{g}$; masa después, $164.6\ \text{g}$.
- a) ¿Refutan estos datos la ley de Lavoisier?
- b) Calcula la diferencia entre ambas medidas y exprésala en miligramos.
- c) Da dos posibles causas experimentales de ese pequeño desacuerdo.
Vuelve al principio: la vela parece perder masa porque sus productos (CO₂ y vapor de agua) escapan al aire como gases invisibles, mientras que la lana de acero pesa más al arder porque atrapa oxígeno del aire y forma óxido de hierro sólido. Si haces ambas combustiones en un recipiente cerrado, la balanza no varía. Y el diablo que queman cada 7 de diciembre tampoco desaparece: la madera y el papel se convierten en ceniza, dióxido de carbono, vapor de agua y humo que se quedan en el aire.