قانون حفظ المادة

تعريف قانون حفظ المادة

ينصّ القانون العام لحفظ المادة أو حفظ الكتلة (بالإنجليزية: Law of Conservation of Mass) على أنّ المادة في النظام المغلق لا يمكن أن تفنى ولا تُستحدث، ولكن تبقى محفوظة وتتحول من شكل إلى آخر، والمقصود بالنظام المغلق هو النظام الذي لا تتفاعل به المادة مع ما يُحيط بها.

ومن الجدير بالذكر أنّه وبعد التوصل إلى قانون حفظ المادة عُدّل عليه وطُوّر من قِبل العلماء في مجال الكيمياء ومجال الميكانيكا، وأصبح القانون قابلًا للتطبيق في مجال الكيمياء والفيزياء.

قانون حفظ المادة في الكيمياء

ينص قانون حفظ المادة في الكيمياء على أنّه في التفاعلات الكيميائية تكون كتلة المواد الناتجة من التفاعل مساويةً لكتلة المواد المتفاعلة، بحيث يجري التفاعل في نظام مغلق، وبغض النظر عن أيّة تحولات في المادة أو التفاعلات الكيميائية التي من الممكن أن تتعرض لها المواد، إلا أنّ المهم هو بقاء كتلة المواد كما هي.

يُعدّ قانون حفظ المادة مهمًا جدًا للعلماء في مجال الكيمياء، إذ ساعد العلماء على فهم حقيقة أنّ المواد لا تختفي كنتيجة لحدوث تفاعل معين، لكن ما يحصل هو تحول المواد من شكل إلى آخر مع الاحتفاظ بنفس الكتلة.

ساهم عدد من العلماء في تطوير قانون حفظ المادة، ومن أشهرهم العالم الفرنسي أنطوان لافوازييه الذي قدّم إثباتات لبرهنة هذا القانون، وقد سمّى البعض قانون حفظ المادة بقانون لافوازييه (بالإنجليزية: Lavoisier's Law) تكريمًا لإنجازاته وجهوده في هذا المجال.

صيغة القانون وأمثلة عليه

تكون صيغة قانون حفظ المادة في مجال الكيمياء كالآتي:

كتلة المواد المتفاعلة = كتلة المواد الناتجة

أمثلة على قانون حفظ المادة

فيما يأتي بعض الأمثلة على قانون حفظ المادة في الكيمياء:

عند تسخين 10 غ من كربونات الكالسيوم (CaCO3)، ينتج من التفاعل 4.4 غرام من ثاني أكسيد الكربون (CO2) إضافةً إلى 5.6 غ من أكسيد الكالسيوم (CaO)، أثبت أنّ هذا التفاعل خاضع لقانون حفظ المادة.

الحل:

كتلة المواد المتفاعلة = كتلة المواد الناتجة
10 غ من (CaCO 3 ) = 4.4 غ من (CO 2 ) 5.6 غ من (CaO)
10 غ من المواد المتفاعلة = 10 غ من المواد الناتجة، ممّا يعني أنّ هذا التفاعل يخضع لقانون حفظ المادة.

يتفاعل هيدروكسيد البوتاسيوم (KOH) مع ثاني أكسيد الكربون (CO2) لإنتاج كربونات البوتاسيوم (K2CO3) والماء (H2O)، كم غرام ينتج من كربونات البوتاسيوم إذا تفاعل 224.4 غ من (KOH)، مع 88.0 غ من (CO2)، وأنتج التفاعل ماء بوزن 36.0 غ؟

الحل:

حساب كتلة المواد المتفاعلة.
كتلة المواد المتفاعلة = 224.4 غ (KOH) 88.0 غ (CO 2 ) = 312.4 غ من ثاني أكسيد الكربون وكربونات البوتاسيوم.
كتلة المواد المتفاعلة = كتلة المواد الناتجة
لحساب وزن كربونات البوتاسيوم لوحدها: 312.4 غ - 36 غ وزن الماء =276.4 غ وزن كربونات البوتاسيوم الناتجة.

تطبيقات عملية في مجال الكيمياء

يُمكن تطبيق قانون حفظ المادة على العديد من أوجه الحياة المختلفة، وفيما يأتي بعض من الأمثلة اليومية في الحياة على قانون حفظ المادة:

إشعال النيران

عند جمع أعواد من الخشب وإشعال النيران فيها، قد يعتقد البعض أن أعواد الخشب احترقت واختفت، لكن في الحقيقة، أثناء احتراق الأعواد الخشبية فإنّها تتفاعل مع الأكسجين الموجود في الهواء المحيط، لتتحول وتعطي الرماد وغاز ثاني أكسيد الكربون، إضافةً إلى بخار الماء الناتج.

كنتيجة لذلك عند جمع الكتلة للأعواد الخشبية والأكسجين الداخل في التفاعل الكيميائي قبل إضرام النار بهم، ستتساوى الكتلة النهائية مع كتلة الرماد المُحترق، وغاز ثاني أكسيد الكربون، وبخار الماء المُتصاعد.

الشمعة المحترقة

تتكوّن الشمعة من الشمع والفتيلة الموجودة فيها، وعند إحراق الشمعة كاملةً يمكن ملاحظة أنّ الكمية المتبقية من الشمع أقلّ بكثير ممّا كانت عليه قبل إحراقها، وهذا يعني أنّ الشمع المحروق والذي كان قد اختفى قد تحول إلى غازات مختلفة مثل ثاني أكسيد الكربون، وبخار الماء، ممّا يُشير إلى أنّ كتلة المواد المتفاعلة يساوي كتلة المواد الناتجة باختلاف حالتها عند حساب ذلك ولا توجد كتلة ضائعة بينهما.

ينص قانون حفظ المادة في الكيمياء على أنّ كتلة المواد المتفاعلة تساوي كتلة المواد الناتجة من التفاعل، ويُعدّ أنطوان لافوازييه من أهمّ العلماء الذين ساهموا في إيجاد هذا القانون، ومن التطبيقات العملية على قانون حفظ المادة في الكيمياء؛ إشعال النيران.

قانون حفظ المادة في الميكانيكا

يُعبّر عن قانون حفظ المادة في مجال الميكانيكا عن طريق استخدام معادلة الاستمرارية (بالإنجليزية: continuity equation) في ميكانيكا الموائع وميكانيكا الاستمرارية، إذ تنص معادلة الاستمرارية على أنّه في الحالة المستقرة يكون معدل تدفق الكتلة إلى النظام مساويًا لمعدل تدفق الكتلة خارج النظام.

تصف المعادلة حركة بعض المواد كالغازات والسوائل، وكيفية احتفاظها بكتلتها أثناء الحركة.

صيغة القانون وأمثلة عليه

يُستخدم القانون الآتي للتعبير عن قانون حفظ المادة فيزيائيًا:

الكتلة المتغيرة في النظام= (الكثافة × السرعة × المساحة × الزمن) الداخلة في النظام - (الكثافة × السرعة × المساحة × الزمن) الخارجة من النظام

وبالرموز:

dM = ρi vi Ai dt - ρo vo Ao dt

حيث إنّ:

dM: تغيّر الكتلة في النظام (كغ).
ρ: الكثافة (كغ/ م)
v: السرعة (م/ ث).
A: المساحة (م 2 ).
dt: الزيادة في الزمن (ث).
i: الداخلة في النظام.
o: الخارجة من النظام.

أمثلة على قانون حفظ المادة

فيما يأتي بعض الأمثلة على قانون حفظ المادة في مجال الميكانيكا:

يتمّ تعبئة خزان بماء له كثافة تساوي 1000 كغ/ م، بسرعة 2 م/ ث، من خلال أنبوب نصف قطره يساوي 25 ملم، وفي نفس الوقت يخرج الماء من الخزان من خلال أنبوب آخر نصف قطره 15 ملم، بسرعة 2.5 م/ ث، احسب التغيّر في محتوى الخزان من الماء بعد مدة 20 دقيقة.

الحل:

من أجل التعويض في قانون حفظ المادة يلزم ما يأتي:
إيجاد مساحة الأنبوب من خلال قانون مساحة الدائرة:
المساحة = π × نق²
المساحة الثانية = π × (0.025) ²
0.0019625 ملم 2
المساحة الأولى = π × (0.015) ²
0.0007065 ملم
تحويل الزمن من دقائق إلى ثواني: 20 دقيقة × 60 ثانية/ دقيقة = 1200 ثانية
الكتلة المتغيرة في النظام= (الكثافة × السرعة × المساحة × الزمن) الداخلة في النظام - (الكثافة × السرعة × المساحة × الزمن) الخارجة من النظام
التغيّر في محتوى الخزان من الماء بعد 20 دقيقة = (1000 × 2 × 0.0019625 × 1200) - (1000 × 2.5 × 0.0007065 × 1200) = 2590.5 كغ

سائل ذو كثافة 5000 كغ/ م، يتم تعبئته في وعاء بسرعة 5 م/ ث، من خلال أنبوب بقطر 100 ملم، وفي نفس الوقت يسيل السائل من الوعاء بسرعة 1 م/ث، بأنبوب قطره 200 ملم، احسب محتوى الوعاء من السائل المتبقي بعد 15 دقيقة.

الحل:

من أجل التعويض في قانون حفظ المادة يلزم ما يأتي:
إيجاد مساحة الأنبوب من خلال قانون مساحة الدائرة:
المساحة = π × نق² أو π × (القطر/2)²
- المساحة الثانية = π × (0.1/2) ²
- 0.00785
- المساحة الأولى = π × (0.2/2) ²
- 0.0314
تحويل الزمن من دقائق إلى ثواني: 15 دقيقة × 60 ثانية/ دقيقة = 900 ثانية
الكتلة المتغيرة في النظام= (الكثافة × السرعة × المساحة × الزمن) الداخلة في النظام - (الكثافة × السرعة × المساحة × الزمن) الخارجة من النظام
التغيّر في محتوى الخزان من الماء بعد 15 دقيقة = (5000 × 5 × 0.00785 × 900) - (5000 × 1 × 0.0314 × 900) = 35325 كغ

تطبيقات عملية في مجال الميكانيكا

يُمكن تطبيق قانون حفظ المادة في مجال الميكانيكا في أوجه الحياة المختلفة، وفيما يأتي بعض الأمثلة:

عملية جريان المياه في الأنابيب أو في الخرطوم تُفسّر وِفقًا لقانون حفظ المادة ومعادلة الاستمرارية، حيث تحتفظ بكتلتها أثناء الحركة.
جريان الأنهار، وجريان الغازات في الأنابيب، حيث تحتفظ بكتلتها أثناء الحركة.

يُعرّف قانون حفظ المادة على أنّ المواد لا يُمكن أن تُفنى ولا أن تُستحدث، إنّما تتحول من شكل إلى آخر، حيث ساعد القانون العلماء على تفسير العديد من الظواهر المختلفة، كظاهرة اختفاء المواد كنتيجة للتفاعل، إذ إنّ المواد المتفاعلة لم تختفِ، إنّما تحولت لشكل آخر، ويُطبّق هذا القانون أيضًا في مجال الميكانيكا، واستخدم لتفسير العديد من الظواهر، مثل جريان الأنهار.

2023-12-1723تعليم

مزيد من المشاركات

طريقة ومكونات بيض العيون

البيض البيض، من أهم الأغذية التي تكاد لا تخلو منها مائدة إفطار، أو مائدة عشاء، نظراً لطعمه اللذيذ، كما يدخل البيض في العديد من صناعة الحلويات، ومختلف أنواع الأغذية، ومستحضرات التجميل. البيض الذي يستخدمه الناس ويتناولونه بكثرة هو بيض الدجاج، الذي يحتوي على العديد من الفوائد، نظراً لقيمته الغذائية العالية، ويمكن تناول البيض بأكثر من طريقة، مسلوقاً، أو مقلياً بعد خفقه، أو بيض عيون. هنا في هذا المقال سنبين طريقة تحضير بيض العيون. القيمة الغذائية للبيض يتكون البيض من الصفار والبياض، ويحتوي كل منهما

أعراض الجلطة عند النساء

الجلطة عند النساء يسود الاعتقاد لدى المجتمع بأن النساء هنَّ أقل عرضةً للإصابة بأمراض القلب والشرايين من الرجال، وخاصة الجلطات القلبية، إلّا أنّ هذا لا يعني إهمال خطر إصابة النساء بأمراض القلب والشرايين؛ فقد أُجريت دراسات عديدة على عدد كبير من المجتمعات المختلفة في العالم لمعرفة أسباب أمراض القلب وتحديد درجة خطورته على فئات المجتمع المختلفة، وقد وُجد أنّ أمراض القلب هي المسبّب الأكثر شيوعاً للموت عند الرجال والنساء على حد سواء وفقاً للإحصائيات في الولايات المتحدة الأمريكية. وتُعرّف الجلطة

ترتيب الملاعق والشوك على السفرة

ترتيب الشوك والملاعق على الرغم من أنَّ ترتيب الطاولة مهمٌ في المناسبات الرسمية؛ إلَّا أنَّ ترتيبه للتجمعات العائلية وغير الرسمية يُعدُّ نوعاً من الضيافة الأنيقة التي تُشعر الضيوف بالراحة، ويمكن ترتيب أواني الطاولة كلها بحسب التعليمات التالية: وضع الشوك دائماً على يسار الضيف وبالترتيب الذي سيُستخدم فيه أثناء تناول الطعام؛ إذ توضع الشوكة المستخدمة أولاً أبعدَ واحدةً إلى اليسار. وضع السكين المستخدم في تقطيع الطعام على يمين الطبق مباشرة مع الانتباه إلى جعل الجزء المسنن منه يواجه الطبق، ثمَّ وضع

طاجن الدجاج

طاجن الدجاج تطلق كلمة طاجن على الإناء الفخاري الذي يتم استخدامه في عملية الطبخ، وهو مشهور بشكل كبير في دول المغرب العربي، أما طاجن الدجاج فهو طبق غذائي غني بالعناصر المفيدة لجسم الإنسان، حيث يحتوي على مختلف أنواع الخضروات، وفي هذا المقال، سنوضح لكم طريقة عمل طاجن الدجاج بالخضار. طريقة طاجن الدجاج المكونات من الممكن أن نستخدم دجاجة كاملة، أو أي جزء من الدجاجة المفضل لدى العائلة، ولكننا في هذه الوصفة سوف نستخدم صدور الدجاج المقطعة، والمنظفة بشكل جيد، مع الجلد. بصلتان متوسطتا الحجم، مفرومتان بشكل

شعراء الجاهلية في الغزل

أشهر شعراء الجاهلية في الغزل كان للشِّعرِ الغزليِّ مكانةٌ حاضرةٌ في العصرِ الجاهليّ، وقد برزَ أكثرُ من شاعرٍ في ممّن طرقوا هذا الباب، منهم ما يأتي. عنترة بن شداد عنترةُ بن عمرو بن شدّاد بن معاوية بن قراد العبسيّ، وُلد في الرُّبع الأول من القرن السّادس الميلاديّ عام 525م وتوفّي عام 608م، وهو أحدُ أشهر شعراء العرب في فترة الجاهليّة، اشتهر عنترة بشعره في الفروسيّة ، كما أن له معلقة مشهورة، ويعدّ أشهر فرسان العرب وأشعرهم، وهو شاعر معروف بشعره الجميل وغزله العفيف بعبلة، وقد اشتقّ اسم عنترة من ضَربٍ

مميزات موقع دولة الكويت

مميزات دولة موقع دولة الكويت الكويت هي إمارة صغيرة تقع بين العراق والمملكة العربية السعودية، وتقع في قسم من أكثر الصحاري جفافًا على وجه الأرض. ومع ذلك، فإن شاطئها يشمل خليج الكويت، وهو ميناء كبير على الخليج العربي. اسم الكويت مشتق من الكلمة العربية تصغير هندوستاني كوت بمعنى "حصن". منذ أن أنشأت الأسرة الحاكمة للإمارة عام 1756م ، ارتبطت ثروات الدولة بالتجارة الخارجية. وبمرور الوقت ومع الثروة المتراكمة ، نمت القلعة الصغيرة لتصبح الكويت مدينة حديثة تجمع بين ناطحات السحاب والمباني السكنية والمساجد.

حديث عن الأم المتوفية

حديث للأم المتوفية وجب التنويه أنَّه لم يثبت حديث صحيح في السنة النبوية يتضمن الأم المتوفية على وجه الخصوص، ولكن صحت عدة أحاديث تضمنت الدعاء للميت، ويستطيع العبد أن يدعو بها للأم المتوفية، منها ما يأتي: (اللَّهُمَّ، اغْفِرْ له وَارْحَمْهُ، وَاعْفُ عنْه وَعَافِهِ، وَأَكْرِمْ نُزُلَهُ، وَوَسِّعْ مُدْخَلَهُ، وَاغْسِلْهُ بمَاءٍ وَثَلْجٍ وَبَرَدٍ، وَنَقِّهِ مِنَ الخَطَايَا كما يُنَقَّى الثَّوْبُ الأبْيَضُ مِنَ الدَّنَسِ، وَأَبْدِلْهُ دَارًا خَيْرًا مِن دَارِهِ، وَأَهْلًا خَيْرًا مِن أَهْلِهِ،

فوائد الكافيار

فوائد الكافيار يُعدُّ الكافيار مصدراً جيداً للأحماض الأمينية مثل حمض الجلوتاميك (بالإنجليزيَّة: Glutamic acid)، واللايسين (بالإنجليزية: Lysine)، والليوسين (بالإنجليزية: Leucine)، وحمض الفينينل ألانين (بالإنجليزية: Phenylalanine) التي تُساعد في بناء البروتينات في الجسم وتَلعب دوراً مُهماً في صحة العضلات ، ووظائف الجهاز المناعي، كما أنّه غنيٌ بأحماض الأوميغا 3؛ حيث إنَّ ملعقة طعام واحدة من الكافيار والتي تزن حوالي 14.3 غراماً تحتوي على 1.068 مليغرام من الأوميغا 3 الضروريّة لتقليل خطر الإصابة