Lei da conservação das massas
A análise superficial dos resultados do experimento anterior pode nos levar à interpretação equivocada sobre a variação de massa nas reações de combustão. No entanto, se aquelas reações fossem conduzidas em recipientes fechados, os resultados demonstrariam que não há variação de massa durante a combustão. Essa constatação foi obtida em medições precisas, desenvolvidas em diversos tipos de reações químicas.
O químico francês Antoine Lavoisier [1743-1794], com a colaboração da esposa Marie-Anne, realizou uma série de experiências que o levou à seguinte conclusão: a quantidade de massa antes e depois de qualquer reação é sempre a mesma. Por ter observado que esse fato se repetia invariavelmente na natureza, concluiu, então, que se tratava de uma lei.
Veja o que Lavoisier escreveu a respeito:
O químico Antoine Lavoisier e Marie-Anne, a esposa e colaboradora.Sr. e Sra. LavoisierSr. e Sra. Lavoisier, obra de Jacques-Louis David, 1788, acervo do Metropolitan Museum de Nova York (EUA). Óleo sobre tela, 259,6 × 196 cm.
M e t r o p o l i t a n M u s e u m o f A r t , N e w Y o r k
Esse enunciado, que se aplica a todas as reações químicas, ficou conhecido como Lei da Conservação das Massas ou Lei de Lavoisier, que pode ser resumida pela frase:
D I V U L G A Ç Ã O P N L D
1 2 3 4 5 6 7
papel + gás oxigênio →→ água + gases + cinza
m1 + m2 →→ m3 + m4 + m5
ferro + oxigênio →→ óxido de ferro
m1 + m2 →→ m3
Observe que, segundo os dados, em ambas as reações, a soma da massa das substâncias reagentes é igual à massa das substâncias dos produtos.
Os esquemas resumem, matematicamente, o resultado da Lei daLei da Conservação das Massas
Conservação das Massas ou Lei de LavoisierLei de Lavoisier, pela qual foi possível definir as regras necessárias para a realização de cálculos em análises quantitativas.
Essa lei abriu caminho para outros estudos sobre a relação entre as massas das substâncias durante as transformações químicas. Os resultados desses trabalhos experimentais, no fim do século XVIII e início do XIX, permitiram que vários químicos pudessem enunciar outras leis relativas à transformação da matéria: as denominadas leis ponderais das combinações químicas. A seguir, vamos estudar uma delas.
Medindo a massa da
Medindo a massa da esponja de açoesponja de aço, antes e depois da queima, observa-se o aumento da massa do material sólido; mas, somando- se a massa do gás oxigênio, que reage com o ferro, constata-se o previsto pela Lei de Lavoisier .
H e l y D e m u t t i P e t e r D v o r a k / S h u t t e r s t o c k H e l y D e m u t t i H e l y D e m u t t i
Muita gente pensa que nas reações de reações de combustão
combustão há desaparecimento da matéria, mas, como em toda reação química, na combustão a massa dos produtos (gases, vapor de água e cinza) é igual à massa dos reagentes (o combustível e o comburente – gás oxigênio).
Na época em que a Lei de Lavoisier foi registrada, muitos químicos chegaram a duvidar de sua validade, pois observaram que na queima de algumas substâncias e materiais havia aumento da massa, enquanto na queima de outras havia diminuição. O grande mérito de Lavoisier foi ter descoberto que essas diferenças de massa se davam por causa da absorção ou liberação de gases durante as reações.
Na combustão do papel, por exemplo, a massa do sólido diminui porque são formados gases, que são liberados para a atmosfera. Já na queima da palha de aço ocorre o inverso: há consumo do oxigênio do ar, o que produz uma substância composta de ferro e oxigênio, o óxido de ferro III. A massa da substância formada é, então, maior do que a massa da palha de aço. O mesmo acontece na formação da ferrugem – os átomos de ferro combinam-se com os de oxigênio.
Para compreender melhor essa lei, podemos esquematizar os dados dessas reações:
D I V U L G A Ç Ã O P N L D
C A P Í T U L O 4 D o a t o m i s m o a o s m o d e l o s a t ô m i c o s
A análise dos dados da tabela 2 mostra que existe regularidade na proporção entre as massas dos reagentes e entre as massas dos reagentes e a do produto formado. Isto é, na síntese da água, a massa do oxigênio consumida na reação é sempre oito vezes maior que a do hidrogênio, enquanto a massa de água obtida é nove vezes a de hidrogênio consumida. A análise dos dados da tabela 1 revela que, ao se aumentar a massa de um reagente, é necessário aumentar a massa do outro na mesma proporção e, consequentemente, eleva-se também a massa do produto.
Como acontece o mesmo com todas as outras reações, outra lei ponderal foi proposta: as substâncias reagem sempre na mesma proporção. Se isso ocorre, significa que a composição química
da substância deve ser estabelecida na relação fixa de massa entre os átomos dos elementos que a compõem. Uma substância pode ser proveniente de diferentes fontes naturais ou ser obtida por diversos processos. Como exemplo, podemos citar o cloreto de sódio. Ele pode ser extraído da água do mar ou de jazidas da crosta terrestre. Pode também ser obtido em laboratório por meio de reações químicas. No entanto, seja qual for o método de obtenção, o cloreto de sódio, depois de purificado, terá sempre a mesma composição quantitativa, ou seja, a composição química é fixa.
Foi a essa conclusão que chegou o químico e farmacêutico francês Joseph Louis Proust [1754-1826], quando mostrou que a composição do carbonato de cobre, independentemente da procedência ou do processo de
preparação, era sempre a mesma. Por isso, em 1797, ele enunciou aLei das Proporções DefinidasLei das Proporções Definidas, que também ficou conhecida comoLei de ProustLei de Proust, e pode ser enunciada da seguinte forma:
As substâncias reagem
As substâncias reagemsempre na mesma proporçãosempre na mesma proporçãopara formar outra substância.