La conservación de la masa
A algunas personas les encanta ir a espectáculos de magia o verlos en televisión. Es fascinante ver a una persona entrar en una caja y luego no estar en la caja cuando se abre. La persona que «desaparece» en un truco siempre aparece más tarde, ¡así que en realidad no desapareció después de todo! Los magos no pueden hacer desaparecer las cosas porque viola la ley de conservación de la masa, que fue descubierta por el químico francés Antoine Lavoisier a fines del siglo XVIII.
Piense en 100 personas entrando en un auditorio para un espectáculo de magos. Ya hay un mago y un asistente presentes. Al final del espectáculo, 102 personas abandonan el auditorio. Masa hacia adentro es igual a masa hacia afuera.
Las personas están hechas de átomos, por lo que si las personas no pueden desaparecer, los átomos no pueden desaparecer. Ésta es la razón por la que las reacciones químicas están equilibradas. Veamos un ejemplo de reacción química.
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Los subíndices después de los elementos indican las cantidades de átomos de ese elemento en el compuesto. La flecha es el signo de rendimientos, lo que significa que la reacción comienza con lo que está a la izquierda y termina con lo que está a la derecha del signo de rendimientos. La Tabla 1 muestra las cantidades de cada elemento a ambos lados del signo de rendimientos.
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Una reacción química no es un truco de magia mediante el cual los átomos pueden aparecer o desaparecer, por lo tanto, tenemos que equilibrar la ecuación utilizando coeficientes cuando corresponda. Este es un proceso por el cual usted va y viene a través del signo de rendimiento agregando coeficientes para asegurar que haya el mismo número de elementos en cada lado de la reacción.
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Al multiplicar el coeficiente por los subíndices de cada elemento del compuesto, obtenemos la Tabla 2.
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Pesar cuidadosamente los reactivos (lado izquierdo del signo de rendimientos) y los productos (lado derecho del signo de rendimientos) antes y después de que ocurra la reacción muestra que la masa se conserva.
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Conservacion de energia
La conservación de energía implica la transferencia de energía de una forma a otra sin ganar ni perder energía en el proceso.
Julius Robert Mayer descubrió la conservación de la energía a mediados del siglo XIX, ¡y ni siquiera era físico! Era cirujano y trataba a los marineros enfermos mediante un procedimiento llamado extracción de sangre. En ese momento, se pensó que demasiada sangre en el cuerpo causaba ciertas dolencias, por lo que se hizo una incisión y se drenó la sangre del cuerpo. Mayer hizo la conexión entre los diferentes niveles de oxígeno en la sangre según el clima en el que se encontraba el paciente. Los climas más fríos requieren más energía alimentaria para mantener a una persona caliente en comparación con los climas más cálidos, de ahí el vínculo entre la energía química y la energía térmica.
La comida es energía química. Nuestros cuerpos usan esa energía para trabajar (mover cosas) y para completar otras funciones metabólicas. Por ejemplo, la energía cinética es la energía del movimiento y la capacidad de los músculos para mover el cuerpo proviene de la energía química de los alimentos.
La masa es energía
Casi cien años después de la revelación del derramamiento de sangre de Mayer, la Segunda Guerra Mundial comenzó con varios actos militares agresivos llevados a cabo por Japón, Italia y Alemania. La guerra terminó después de la detonación de dos armas nucleares sobre Japón en 1945. Las ondas de choque físicas de esas explosiones no duraron mucho, pero las ondas de choque políticas todavía resuenan hoy. Muchos países están trabajando en el desarrollo de armas nucleares, que es un problema político internacional constante.
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En la década de 1930, se descubrió que el núcleo del átomo contiene la forma de energía más concentrada conocida. El núcleo del átomo contiene protones y neutrones llamados nucleones. Los protones están cargados positivamente, lo que en circunstancias normales provocaría que se repelen entre sí. Este no es el caso en el núcleo. En realidad, los protones se atraen entre sí, pero solo a distancias del tamaño del diámetro de un protón.
El calor, la luz, el sonido y la energía cinética que resulta de la denominación de una bomba atómica proviene de la energía de unión total de todo el material fisible de la bomba. La energía de enlace nuclear es la energía requerida para separar todos los protones y neutrones en el núcleo de un átomo lo suficientemente lejos entre sí como para que no sientan los efectos entre sí. Es donde descansan.
Al principio de la lección, pesamos los componentes de los reactivos y los comparamos con el peso de los productos después de una reacción química. Se conservó la masa. Esa fue una reacción química, y ahora estamos ante una reacción nuclear en la que la masa no se conserva. La masa de un núcleo es menor que la suma de las masas en reposo de los nucleones individuales. Esa masa faltante se conoce como defecto de masa y se convierte en la energía de enlace del núcleo.
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Albert Einstein ideó la ecuación que relaciona la energía de enlace con el defecto de masa, que es probablemente la ecuación más famosa que existe. E 0 = Δmc 2 . E 0 representa la energía de enlace, Δm representa el defecto de masa y c representa la velocidad de la luz (3,0 x 10 8 m / s). Esto fue revolucionario y fusionó las dos leyes de conservación originales (masa y energía) en una ley de conservación: la conservación de la masa-energía.
Resumen de la lección
La conservación de la masa se remonta a finales de 1700 con los experimentos de química de Antonie Lavoisier. Demostró que la masa se conserva en una reacción química. La conservación de la energía fue descubierta a mediados del siglo XIX por Julius Robert Mayer, un cirujano que trataba a las personas mediante la extracción de sangre.
A principios de la década de 1930 se inició la era nuclear cuando descubrió que la masa de los constituyentes del núcleo de un átomo pesa más cuando están en reposo alejados unos de otros fuera del núcleo que cuando están dentro del núcleo. Esta diferencia de masa se denomina defecto de masa . La energía requerida para llevar los protones y neutrones a sus posiciones de reposo se llama energía de enlace del átomo .
Albert Einstein ideó la ecuación que relaciona el defecto de masa y la energía de enlace, E 0 = Δmc 2 . La conclusión de esto es que la masa es una forma concentrada de energía.
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