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¿Qué es la ley de Lavoisier?
La ley de Lavoisier o ley de conservación de la masa explica que durante una reacción química no hay cambio de masa, es decir la suma de la masa de los reactivos (antes de que se produzca la reacción) es igual a la masa de los productos (después de que se produzca la reacción). Puede ser enunciada de la siguiente manera:
La masa total de las sustancias que intervienen en una reacción química permanece invariable. Por tanto, la masa total de las sustancias que reaccionan (reactivos) es igual a la masa de las sustancias que se originan (productos).
La ley de Lavoisier es una de las más importantes en Química ya que marcó el nacimiento de la Química moderna y el abandono de su predecesora, la Alquimia. La ley implica que la masa no se puede crear ni destruir, pero puede transformarse en el espacio, o las entidades asociadas con ella pueden cambiar de forma.
Experimento de Lavoisier
La ley de conservación de la masa fue enunciada en 1789 por Antoine-Laurent Lavoisier (1743-1794) después de realizar meticulosos y numerosos experimentos.
En 1679, los experimentos preliminares de Robert Boyle (1627-1691) parecían indicar un desequilibrio en la masa: al calentaba un metal, este ganaba masa cuando se convertía en una sustancia nueva. Sin embargo, estos experimentos, se llevaban a cabo en recipientes abiertos.
Lavoisier durante sus trabajos relacionados en el alumbrado público de París, había observado que al calentar metales como el estaño y el plomo en recipientes cerrados con una cantidad limitada de aire, estos materiales se recubrían con una capa de calcinado hasta un momento determinado del calentamiento, en el resultado la masa era igual que antes de comenzar el proceso.
Si el metal había ganado masa al calcinarse era aparente porque algo del recipiente debía haber perdido la misma cantidad de masa, como era el caso del aire adentro del recipiente.
Por tanto, Lavoisier demostró que la calcinación de un metal no era el resultado de la pérdida del propuesto flogisto, una esencia relacionada con la disminución de gases en el recipiente.
Lavoisier midió en un recipiente cerrado las masas del sólido y el aire antes y después de la combustión y llegó a la conclusión de que la masa que ganaba el metal era igual a la masa de aire que se perdía.
Además, observó que si en una campana cerrada colocaba una vela en combustión el peso antes y después de arder la vela era el mismo.
Los hidrocarburos (alcanos, CnH2n+2) presentes en la cera de la vela reaccionan con el oxígeno (O2) del aire de la campana (reacción de combustión), generando dióxido de carbono (CO2) y agua (H2O), pero la masa total era la misma antes y después de la combustión.
masa de cera + masa de O2 → masa de CO2 + masa de H2O + masa de cera sin quemar.
Limitaciones en la ley de Lavoisier
Hoy día se conoce que la ley de Lavoisier es una ley de conservación aproximativa ya que no se cumple con exactitud en reacciones de fisión nuclear. Esto es lo que permite proporcionar una energía ΔE = Δmc2, donde c es la velocidad de la luz.
Similarmente, la energía tampoco se conserva en este tipo de reacciones. La generalización de la conservación de la masa para reacciones de altas energías se conoce como la equivalencia entre masa y energía.
En estos casos existe una disminución de masa, que aunque en las reacciones normales es despreciable, para dichas reacciones nucleares se denomina «defecto másico».
El defecto másico de un núcleo está presente en forma de energía, denominada «Energía de enlace». La energía podría convertirse en masa si el núcleo fuera a separarse y viceversa. Esta energía es una medida de la interacción nuclear fuerte que mantienen a los nucleones juntos.
