قانون پایستگی جرم یکی از اصول اساسی علم شیمی است که برای اولین بار توسط آنتوان لاوازیه، شیمیدان فرانسوی، در قرن هجدهم میلادی مطرح شد. این قانون بیان می‌کند که در یک واکنش شیمیایی معمولی، مقدار کل جرم مواد واکنش‌دهنده برابر با مقدار کل جرم محصولات است. این اصل نقش کلیدی در درک ما از شیمی و معادلات واکنش‌های شیمیایی دارد.
تعریف قانون پایستگی جرم
بر اساس قانون پایستگی جرم:
“جرم در یک سیستم بسته، قبل و بعد از واکنش شیمیایی ثابت می‌ماند و مقدار آن تغییر نمی‌کند.”
به بیان ساده، ماده از بین نمی‌رود و به وجود نمی‌آید، بلکه فقط از یک شکل به شکل دیگر تبدیل می‌شود.
تاریخچه و کشف
قبل از کشف این قانون، بسیاری از دانشمندان اعتقاد داشتند که جرم ممکن است در طول واکنش‌های شیمیایی افزایش یا کاهش یابد. لاوازیه با انجام آزمایش‌های دقیق و استفاده از ترازوهای حساس، نشان داد که جرم مواد قبل و بعد از واکنش شیمیایی تغییر نمی‌کند. او این کشف را در کتاب خود “رساله‌ای درباره ترکیبات شیمیایی” منتشر کرد.
اهمیت قانون پایستگی جرم
قانون پایستگی جرم دارای اهمیت زیادی در شیمی و فیزیک است و به دلایل زیر کاربرد گسترده‌ای دارد:
- تنظیم معادلات شیمیایی: این قانون به ما امکان می‌دهد که معادلات شیمیایی را متعادل کنیم و از صحت آنها اطمینان حاصل کنیم.
- تعیین مقدار مواد مورد نیاز و تولیدی: در صنایع شیمیایی، این قانون کمک می‌کند تا مقدار مواد اولیه و محصولات را به دقت محاسبه کنیم.
- اثبات اصول بنیادین فیزیک: این قانون یکی از پایه‌های نظریه‌های فیزیکی جدید، مانند قانون پایستگی انرژی و قانون‌های ترمودینامیک، است.
مثال‌های عملی از قانون پایستگی جرم
۱. سوختن کربن
وقتی کربن (C) در حضور اکسیژن (O₂) می‌سوزد، دی‌اکسید کربن (CO₂) تولید می‌شود:
C + O₂ → CO₂
اگر 12 گرم کربن با 32 گرم اکسیژن واکنش دهد، جرم کل مواد تولیدی 44 گرم خواهد بود که برابر با جرم اولیه واکنش‌دهنده‌ها است.
۲. تجزیه آب
آب (H₂O) از طریق الکترولیز به گازهای هیدروژن و اکسیژن تجزیه می‌شود:
2H₂O → 2H₂ + O₂
اگر 36 گرم آب را الکترولیز کنیم، 32 گرم اکسیژن و 4 گرم هیدروژن تولید خواهد شد که مجموع آن برابر با جرم اولیه آب است.
محدودیت‌های قانون پایستگی جرم
در شرایط خاص، مانند واکنش‌های هسته‌ای، قانون پایستگی جرم به صورت دقیق برقرار نیست. در این واکنش‌ها، بخشی از جرم به انرژی تبدیل می‌شود که مطابق با معادله مشهور انیشتین (E=mc²) توضیح داده می‌شود. با این حال، در واکنش‌های شیمیایی معمولی، این قانون همواره صادق است.
نتیجه‌گیری
قانون پایستگی جرم یکی از اصول اساسی شیمی است که درک ما از واکنش‌های شیمیایی را امکان‌پذیر می‌کند. این قانون نشان می‌دهد که ماده نه خلق می‌شود و نه از بین می‌رود، بلکه فقط تغییر شکل می‌دهد. کشف این قانون توسط لاوازیه نقطه عطفی در توسعه علم شیمی بود و امروزه همچنان در تحقیقات و صنایع شیمیایی کاربرد دارد.
