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質量保存の法則

質量保存の法則

出典: Wikipedia
一般小学生

まとめ

質量保存の法則
化学反応の前後において、反応に関わった物質の質量の総和と、反応によって生成した物質の質量の総和は等しいという法則

解説

1774年にフランスの化学者ラヴォアジエによって提唱されたこの法則は、化学反応の本質が原子の組み替えであることを示しています。物質が化学変化を起こしても、反応に関わる原子の種類と数は変化せず、単に結びつき方が変わるだけであるため、全体の質量は一定に保たれます。

実験を行う際、密閉容器内であれば反応前後で質量は完全に一致しますが、ふたのない容器で気体発生する反応を行うと、気体が空気中に逃げてしまうため、見かけ上の質量が減少したように見えます。しかし、逃げた気体の質量を加えれば、必ずこの法則が成り立ちます。

実験条件 質量の変化(見かけ) 理由
密閉容器 変化しない 物質が外に出入りできないため
開放容器(気体発生) 減少する 発生した気体が空気中に逃げるため
開放容器(燃焼 増加する 空気中の酸素が物質と結びつくため
コラム

具体的な計算例として、メタン4gを完全に燃焼させたとき、二酸化炭素11gと水9gが発生したとします。この場合、反応後の質量の合計は20gとなるため、反応前のメタンと酸素の合計も20gである必要があります。ここから、反応に使われた酸素の質量は16gであると求めることができます。

また、金属酸化においてもこの法則は重要です。例えば、マグネシウム3gが酸素2gと過不足なく反応すると5gの酸化マグネシウムになります。鉄5gが酸素と結びついて約7gの酸化鉄になる場合も、増えた2g分は空気中から取り込まれた酸素の質量であると説明できます。

小学生のみなさんへ

理科の実験で、物を燃やしたり、別の物質に変えたりすることがありますね。このとき、実験の前の重さと、実験が終わったあとの重さを全部合わせると、実はまったく同じ重さになります。これを「質量しつりょう保存の法則ほうそく」と呼びます。

例えば、木を燃やすと灰になって軽くなったように見えますが、実は煙や目に見えないガスになって空気の中に逃げていくだけです。逃げたガスも全部集めて重さをはかれば、もとの木の重さと、燃やすのに使った酸素の重さを合わせたものと同じになります。

世の中のすべての物質ぶっしつは、とても小さな「つぶ(原子)」でできています。化学反応はんのうは、このつぶの組み合わせが変わるだけで、つぶが消えたり新しく生まれたりすることはありません。だから、全体の重さは変わらないのです。

ルラスタコラム

この法則を見つけたのは、フランスのラヴォアジエらぼあじえという科学者です。彼はとても精密せいみつ天秤てんびんを使って、何度も実験を繰り返してこのルールを見つけ出しました。現代の化学の基礎を作った大切な発見なんですよ。

テストでの問われ方・理解度チェック

【基礎】 化学反応の前後で、反応に関わった物質全体の質量の総和はどうなるか。
化学反応の前後で、反応に関わった物質全体の質量の総和が変化せず、一定に保たれるという法則。
【応用】 密閉容器で実験を行った場合と、ふたのない容器で気体が発生する実験を行った場合で、質量の変化(見かけ)にどのような違いが出るか。
密閉容器では物質が外に出入りできないため質量は変化しないが、ふたのない容器で気体が発生すると、その気体が空気中に逃げてしまうため、見かけ上の質量が減少する。
【実践】 銅を加熱すると質量が増え、木を燃やすと質量が減るように見えるが、どちらも質量保存の法則が成り立っているといえる理由を説明せよ。
銅の場合は空気中の酸素が結びついて重くなり、木の場合は二酸化炭素などが空気中に逃げて軽くなるが、反応に関わったすべての物質(酸素や煙を含む)を合計すれば、前後で質量は等しいため。

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