ההיסטוריה של גילוי חוק השימור של מאסה והחשיבות המדעית שלה

גילוי חוק השימור של מאסה: עקרון יסוד למדע

חוק השימור של ההמונים קובע כי בכל מערכת סגורה, המסה של החומרים המעורבים נותר קבוע לאורך התגובה הכימית - החומר אינו נוצר ולא נהרס, רק משתנה.עיקרון זה כל כך מוטבע במדע המודרני שהוא לעתים קרובות נלקח כמובן מאליו.אך הגילוי הרשמי שלו בסוף המאה ה-18 היה עזיבה רדיקלית של מאות שנים של מסורת אלכימית ופילוסופית.

שם מקור: Ancient Philosophy and Alchemical Confusion

במשך יותר מ-2,000 שנה, נקודת המבט הדומיננטית של החומר הגיעה מאריסטו, שהציעה שכל דבר מורכב מארבעה מרכיבים – אדמה, אוויר, אש ומים – שיכולה להפוך אחד לשני.במסגרת זו, החומר יכול להופיע או להיעלם כמרכיבים שונים. אלצ'מיסטים, תוך ביצוע ניסויים מעשיים, המופעלים תחת הנחה דומה: הם האמינו כי מתכות בסיס יכולות להיות מומשות לזהבות באמצעות הוספת זהב או להסיר כמה מהות, וניתן להשיג השפעות מסתוריות או מסתוריות, או מסתוריות, כמו "עלמות" או "מסוגות" או "מעורות" או "מעורות" או" או "מעור" או "על-" או "על-" או "על-" או "על-" או" או "על-" או" או "על-" יכולות להיות שאבדורידות" באמצעות השפעות מסתוריות" באמצעות השפעות רוחניות" באמצעות השפעות מסתוריות" או" – הן האמינו כי יכולות להיות שאבדו" באמצעות השפעה מסתורית.

אחרים, כמו הפילוסוף היווני Empedocles ומאוחר יותר, החוקר האיסלאמי ג'בארן הייאן, נגעו ברעיונות של שימור, אך אף אחד לא ניסח חוק כמותי.הרמזים הראשונים של מושג שימור המוני הגיעו מהרופא הפלמי, ג'אן בפטפטפטיסט ואן הלר במאה ה-17, אך לא הצליח לייחס ניסוי מפורסם בו עץ המוני, אך לא היה מסוגל רק לספוג כמות גדולה של עץ מים, אך ורק לאחר מכן, אך לא היה יכול היה לייחס את המדידות עץ מים קטנים.

במאות ה-17 והבתחילת המאה ה-18 ראו תצפיות מפוזרות שהצביעו על שימורו של רוברט בויל, למשל, ציינו כי המסה של מתכת גדלה כאשר היא הייתה מחומם באוויר, מה שהוביל אותו להאמין ש"חלקיקי אש" שילבו את המתכת.הפירוש הזה, כמו רבים אחרים, נפגע בהיעדר הבנה ברורה של גזים ותפקיד האוויר בהבעירה, לקח חשיבה מהפכנית – לאסינתן לרמזים אלה, לכדי , לכדי אנליזנתזנתזזזזזזזזנת.

הדמות המרכזית: Antoine Lavoisier והמהפכה הכימית

אנטוני-לאורנט דה לאבוזיאר (1743-1794) נקרא לעיתים קרובות האב לכימיה המודרנית. לעבוד בצרפת לפני המהפכה, הביא לאבו-סיסיר נוקשות חדשה למחקר כימי.הוא התעקש על מדידות כמותיות מדויקות, תוך שימוש במאזןים שיכולים לזהות שינויים זעירים במסה.הוא גם הכיר בכך שגזים הם חומרים אמיתיים עם מסה, מושג שקודם לכן התעלמו ממנו במידה רבה.

הניסויים המפורסמים ביותר של לאבוזיאר מעורבים בבעירה ובקרצינות (ההתחממות של מתכות באוויר) הוא התחמם בטין ולהוביל בכלי זכוכית חתומה, במשקל בקפידה את המכולות לפני ואחרי חימום. להפתעתו, המסה הכוללת של המערכת החתומה נותרה ללא שינוי, למרות שהמתכת הפכה לאבקה (התחמוצת) כאשר פתח את כלי השיט, האוויר הובהר והמערכת קיבלה מסה שאותה קיבלה בדיוק את המסה של חומר מתכת, שלא הדומה לכדי "לא-"לא-לעת המתכת"לא-"לא-"לא-" היה ברור, עם הראתה"לא-"לא-" עם הדבקה, עם הדבקה" עם המתכת.

[הניסויים הללו] הפילו את התיאוריה של הפילוגיסטון, אשר החזיקה בחומרים בלתי מוחשיים, אשר הכיל חומר היפותטי בשם phlogiston ששוחרר במהלך שריפתו.על פי phlogiston proponents, אובדן המוני היה צפוי כי טיפול phlogiston נמלט.Lavoisier הראה במקום זאת כי בעירה הייתה תגובה עם חמצן (גז שהוא נקרא נייר 1777FériFé) של ⁇ : 17Tra: 1Féréré 2.

לאבוזיר אמר: "עלינו להניח את זה כציר כללי, שבכל פעולות האמנות והטבע, שום דבר לא נוצר; כמות שווה של חומר קיימת גם לפני ואחרי הניסוי".

לקריאה נוספת, ה-AvoisierFLT:0,Encyclopaedia Britannica כניסה ל-Antoine LavoisierFLT:1 מספקת סקירה מצוינת על חייו ועבודתו.

הניסויים המרכזיים של לאבוזינר בפרט

כדי להעריך את החשיבות של פריצת הדרך של Lavoisier, כדאי לבחון כמה מניסויים ציוני הדרך שלו.אחד האלגנטיים ביותר היה הבעירה של זרחן בצנצנת סגורה. Lavoisier שקל את הצנצנת, זרחן, ואת האוויר בתוך החמצן, לאחר שריפתו, הוא העמיד מחדש את הצנצנת כולה, הוא נפתח מחדש את החלק התת-קרקעי, אשר נשפך לתוך החלק הזה של המים.

ניסוי חיוני נוסף היה מעורב בהפחתה של תחמוצת עור הרחם.לאבו-איזינר התחמם את האבקה האדומה ואסף את הגז ששוחרר.הוא מצא שהגז תמך בבעירה ובנשימה – היה זה חמצן.כאשר הוא שקל את הכספית הנותרים, המסה של המתכת בתוספת המסה של גז החמצן בדיוק ששווה את המסה המקורית של תחמוצת הפחמן הדו-חמצני.

לובזיאייר פיתח גם מנגנון ניסיוני שכלל איזון מדויק, איסוף גז על פני כספית וכלי שיט אוויריים. גישתו לכימיה הייתה כה שיטתית עד שהוא המציא את המעבדה המודרנית ביעילות.בזמן מותו במהלך המהפכה הצרפתית (הוא הוצא להורג כאספן מס לשעבר), עבודתו כבר התפשטה ברחבי אירופה וזכה השראה לדור של כימאים, כולל ג'וזף כמרים וקרל שדל, למרות ששני האחרונים מעולם לא נטשו לחלוטין.

חשיבותו המדעית של חוק השימור של ההמונים

ההשפעה של החוק על כימיה ופיסיקה לא ניתן overstated.זה סיפק בסיס קפדני עבור כמה התפתחויות מפתח:

1 משוואות כימיות וסטויצ'ימטריה

ללא שימור של מסה, תגובות כימיות לא יכולות להיות מיוצגות כמשוואות מאוזנות.החוק מאפשר כימאים לחזות את כמויות של מגיבים ומוצרים בתגובה - שדה שנקרא סטויצ'ימטריה. לדוגמה, כאשר מימן נשרף בחמצן, 2 גרם מימן משלב עם 16 גרם חמצן לייצר 18 גרם של מים.כל ניתוח כמותי בכימיה תלוי בעיקרון זה.החוק מאפשר גם חישוב של התשואות ותשתיות של תהליכים תעשייתיים לייצור חומרים תעשייתיים.

2 אישור של תיאוריה אטומית

התיאוריה האטומית של ג'ון דלטון משנת 1808, שעלתה על הרעיון שהאטומים אינם ניתנים להרס, וכי התגובות הכימיות הן פשוט חידושים של אטומים.אם המסה לא תומרו, המודל של דלטון יתמוטט.חוק לאבו-איזינר סיפק את הראיות הניסוייות שאטומים לא יכולים להיווצר ולא להיחרבן בתגובות כימיות רגילות.

דלטון עצמו כתב: "חומר, אם כי בלתי ניתן להבחין מעבר לאטום.החלקיקים האולטימטיביים של כל הגופים ההומוגניים הם זהים לחלוטין במשקל, הדמות, וכו 'חוק לאויזייר העמיד את ההנחה הזאת.

3.ההוכחה לדוקטורט ולאלכימיה

התיאוריה של הפילוגסטון, ששלטה בכימיה של המאה ה-18, הייתה מכשול גדול להתקדמות.על ידי כך שהוכיחה כי המסה נשמרה במהלך הבעירה וההשקה, לאו-סיסיר הרס את הרעיון כי חומר חסר משקל שוחרר.עבודתו סימנה את קו הפטפט למוות עבור אלכימיה כרדיפה מדעית רצינית והחליפו אותו בכימיה המודרנית, כמותית גם הבהירה את התפקיד של חמצן בנשימה ותהליכי-מדומים אלה.

4. Foundation for Physics and Energy Conservation

אף על פי שחוק השימור של המסה היה מתוכנן במקור לכימיה, עד מהרה הפך אבן הפינה של הפיזיקה.במאה ה-19, העיקרון הורחב לכדי מערכות מכניות סגורות באמצעות עבודתו של ניוטון ואחרים, אך זו הייתה המהפכה הכימית שהציבה את הרעיון כי החומר אינו ניתן להרס.התפיסה זו השפיעה ישירות על ניסוח החוק הראשון של התרמודינמיות (המשך האנרגיה) בשנות החמישים של המאה ה-20, רק על ידי מדענים אחרים, או לא ניתן לשנות אותה צורה אחרת.

לדיון מעמיק יותר כיצד התפתחו חוקי השימור, האנציקלופדיה של ה-0 (אנ') של מאמר הפילוסופיה על חוקי השימור FLT:1 מציעה נקודת מבט היסטורית ופילוסופית מקיפה.

⁇ : מכימיה לפיזיקה גרעינית

במאה ה-20, התאוריה המיוחדת של היחסות של איינשטיין חשפה טוויסט עמוק: המוני ואנרגיה ניתנים לשינוי, כפי שמתבטא על ידי FLT:0E= mc2igFLT:1 בתגובות גרעיניות, כמות קטנה של מסה יכולה להיות מומרת לכמות גדולה של אנרגיה, כך שהחוק הקלאסי של שימור ההמונים היה צריך להיות ממוזג עם שימור האנרגיה הבודדה, באופן כללי יותר - למרות שינויים זעירים של שימור אנרגיה, אפילו 1 זעירים, כאשר מדובר בשינויים של אנרגיה, כלומר, אחד בלבד, הוא אחד, הוא שינוי זעיר של אנרגיה, כלומר, אחד בלבד, הוא אחד, הוא אחד, כלומר, הוא אחד בלבד, הוא שינוי זעיר של שימור אנרגיה, הוא אחד, הוא אחד, על ידי שימור אנרגיה, על ידי שימור אנרגיה, על ידי שימור אנרגיה, כלומר, אחד בלבד, על ידי שימור אנרגיה, על ידי שימור אנרגיה, אם כן, אחד בלבד, אם כן, על ידי שימור אנרגיה, על ידי שימור אנרגיה, אחד בלבד, על ידי שימור אנרגיה, על ידי שימור אנרגיה, אחד בלבד, הוא אחד בלבד, אחד בלבד, על ידי שימור אנרגיה זעיר של אנרגיה, על ידי שימור אנרגיה, על ידי שימור של אנרגיה, על ידי שימור אנרגיה, אשר הוא אחד בלבד, על ידי שימור של כוח אחד בלבד, אם כן,

בכימיה מעשית, החוק מיושם מדי יום במעבדות ובתעשיות.כל משוואה כימית מאוזנת מסתמכת עליו.מדענים סביבתיים משתמשים בו כדי לעקוב אחר מזהמים.רוקיסטים משתמשים בו כדי לחשב מינונים.אפילו כימאים קולינריים משתמשים בו כאשר אפייה - המסה של הבצק שווה את המסה של הלחם בתוספת מסה של מים מנבאים.ה החוק הוא כל כך אוניברסלי, עד שהוא נלמד לילדים כאחד מעקרונות המדע הראשון.

בפיזיקה גרעינית, החוק המשולב מאפשר למהנדסים לעצב כור גרעיני, שבו הגירעון ההמוני בין מגיבים למוצרים קובע ישירות את תפוקת האנרגיה. בדומה לכך, אסטרופיזיקאים משתמשים בה לשימור אנרגיה המונית כדי לעצב את מחזורי החיים של הכוכבים, מהיתוך גרעיני בליבתם לפיצוצים סופרנובה.ללא מעצורים בסיסיים אלה, הבנתנו של היקום תהיה הרבה פחות מדויקת.

כדי לחקור כיצד החוק חל בהקשרים מודרניים, משאב האקדמיה של 0Khan על איזון משוואות כימיות משוואות משוואות FLT:1 הוא מדריך אינטראקטיבי מועיל הממחיש את העיקרון בפעולה.

המורשת המתודיסטית: מדידה מוקדמת כמפתח

מעבר להשלכות המדעיות הישירות שלו, גילוי חוק השימור של מאסה השפיע על האופן שבו המדע נעשה.התעקשותו של לאבו-סיסיר למדוד מסה לפני ואחרי כל ניסוי, והשימוש בו באיזון ככלי מרכזי, כימיה גבוהה ממשמעת תיאורית ולעתים מיסטית למדע מדויק.השיטה המדעית עצמה התחזקה על ידי דוגמה זו: עיצוב, ניסוי מבוקר, איסוף נתונים כמותיים, וניתן לאמת מסקנות אחרות.

לובזיאייר הבין גם את החשיבות של תקשורת.הוא פרסם את תוצאותיו באופן ברור, טבע רבים מהמונחים הכימיים שאנו עדיין משתמשים בהם (כולל "אוקסגן" ו"הידגן"), ועבד עם מדענים אחרים כדי לתקן את הנימוק שלו.הדחף שלו לשפת כימיה שיטתית סייע להבטיח שהחוק יאומץ במהירות ויישומה ברחבי העולם.

ללמד את החוק: מדוע הוא תופס חשיבה מדעית

לסטודנטים ולמחנכים, ההיסטוריה של שימור ההמונים מציעה נרטיב משכנע של התקדמות מדעית.זה מנוגד לפילוסופיה האנתרופולוגית של העבר עם הניסוי הקפדני של העידן המודרני.התפיסות של החוק - כגון משקל של flask חתומה המכילה כימיקלים מגיבים - הם עדיין מרכיב עיקרי של כימיה בכיתה כי הם מייצרים תוצאה בולטת: לא משנה מה קורה בתוך הסולם לא משנה את ההתבוננות הפשוטה הזו.

יתרה מכך, סיפורו של גורלו האישי של לאבו-סיסיר – שהוצא להורג על ידי גיליוטינה בשנת 1794, למרות התרומות הענקיות שלו – משמש כתזכורת מפוכחת שאפילו מוחות גדולים אינם חסינים על זרמי ההיסטוריה.

מסקנה: פינה של מדע מודרני

חוק השימור של מאסה, שהתגלה באמצעות הניסויים המבריקים של אנטונין לאבוזינר, עומד כאחד העקרונות המדעיים החשובים ביותר שאי פעם ביטא את הכימיה, הוא שינה את התיאוריה האטומית, וממוזג עם הפיזיקה כדי להעלות לשימור רחב יותר של אנרגיה המונית.גילויו מדגים את העוצמה של מדידה מדויקת, חשיבה ברורה, ואת האומץ להפיכת כלבה.

עבור אלה המעוניינים לקרוא יותר על ההיסטוריה של הכימיה ותפקיד חוקי השימור, עמוד ציון הדרך של האגודה הכימית האמריקאית על Lavoisierph 1 מספק חיבור ומשאבים נוספים.הסיפור של איך למדנו כי החומר נמשך ללא שינוי באמצעות טרנספורמציה אינו רק סקרנות היסטורית - זהו חלון לעצם אופי החקירה המדעית.