Номер 6, страница 14 - гдз по химии 11 класс учебник Кузнецова, Левкин

Вопросы и задания. Параграф 2. Закон постоянства состава вещества, закон сохранения массы веществ и закон Авогадро. Глава 1. Важнейшие понятия и законы химии - номер 6, страница 14.

Условие.

6. Подумайте, может ли закон сохранения массы веществ найти применение в других науках о природе, например в физике или биологии. Дайте развёрнутый аргументированный ответ. Изложите свою точку зрения товарищу и выслушайте его мнение.

Решение.

Решение 2.

Решение

Да, закон сохранения массы веществ, открытый в химии, является фундаментальным законом природы и находит широкое применение во всех естественных науках, включая физику и биологию. Он гласит, что масса всех веществ, вступивших в реакцию (или участвующих в процессе) в замкнутой системе, равна массе всех продуктов реакции (или веществ после процесса). По сути, вещество не может возникнуть из ничего или исчезнуть в никуда.

Применение в физике

В физике закон сохранения массы является основополагающим принципом. В рамках классической механики, которая описывает движение макроскопических тел, масса системы тел до взаимодействия (например, до столкновения) равна массе системы тел после взаимодействия. Аналогично, в термодинамике при фазовых переходах (плавление, кипение, конденсация) масса вещества сохраняется. Например, масса льда в замкнутом сосуде будет равна массе воды, получившейся после его таяния.

Однако современная физика внесла важное уточнение. Согласно специальной теории относительности А. Эйнштейна, масса и энергия взаимосвязаны знаменитым уравнением $E=mc^2$, где $E$ — энергия, $m$ — масса, а $c$ — скорость света в вакууме. Это означает, что масса может превращаться в энергию, и наоборот. В процессах, сопровождающихся выделением или поглощением огромного количества энергии, например, в ядерных реакциях, масса системы не сохраняется. Масса продуктов ядерной реакции (например, при распаде урана) оказывается меньше массы исходного ядра. Эта разница масс, называемая дефектом масс, превращается в колоссальную энергию. Поэтому в физике говорят о более общем законе сохранения массы-энергии: полная масса-энергия замкнутой системы остается постоянной. Для химических реакций и большинства физических процессов выделяемая энергия настолько мала, что изменение массы практически незаметно и им можно пренебречь, поэтому классический закон сохранения массы выполняется с очень высокой точностью.

Ответ: В физике закон сохранения массы применяется в классической механике и термодинамике, но в ядерной физике он уточняется до закона сохранения массы-энергии ($E=mc^2$), так как в ядерных процессах масса может переходить в энергию.

Применение в биологии

Биология, изучающая живые организмы и экосистемы, полностью опирается на закон сохранения массы, поскольку все биологические процессы являются сложными совокупностями химических и физических превращений. Этот закон лежит в основе биогеохимических циклов (круговорота углерода, азота, воды). Вещества не исчезают, а лишь переходят из одной формы в другую, циркулируя между живыми организмами и неживой природой. Например, общая масса химических элементов на планете Земля как в замкнутой системе остается практически постоянной, элементы лишь перераспределяются.

На уровне отдельного организма закон проявляется в обмене веществ (метаболизме). Масса веществ, которые организм потребляет (пища, вода, кислород), равна сумме массы, усвоенной организмом (пошедшей на рост), и массы веществ, выделенных во внешнюю среду (углекислый газ, вода, продукты жизнедеятельности). Даже процесс похудения — это не исчезновение массы, а её преобразование в углекислый газ, который выдыхается, и воду.

Ключевые процессы, такие как фотосинтез и дыхание, являются яркими примерами. Уравнение фотосинтеза, $6CO_2 + 6H_2O \rightarrow C_6H_{12}O_6 + 6O_2$, и клеточного дыхания, $C_6H_{12}O_6 + 6O_2 \rightarrow 6CO_2 + 6H_2O$, строго сбалансированы: суммарная масса атомов всех элементов в левой части уравнения точно равна их суммарной массе в правой части. Это прямое следствие закона сохранения массы.

Ответ: В биологии закон сохранения массы объясняет круговорот веществ в экосистемах, процессы обмена веществ в организмах, а также лежит в основе уравнений фотосинтеза и дыхания, демонстрируя, что материя в живых системах не создается и не исчезает, а лишь преобразуется.