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Física y Química 3.º ESO · La ley de conservación de la masa

Recuerda: la masa se conserva en un recipiente cerrado

Objetivo: Al terminar, sabrás comprobar con una experiencia sencilla que en una reacción química en un recipiente cerrado la masa total no cambia, explicar por qué en un recipiente abierto parece que «desaparece» o «aparece» masa, y calcular la masa que falta en una reacción.

Recuerda

La ley de conservación de la masa

Ley de conservación de la masa (ley de Lavoisier): en una reacción química, la masa total de los reactivos es igual a la masa total de los productos.

$m_{\text{reactivos}} = m_{\text{productos}}$

Por ejemplo, si 7 g de hierro reaccionan con 4 g de azufre, se forman $7 + 4 = 11$ g de sulfuro de hierro(II).

Sistema abierto y sistema cerrado

La ley se cumple siempre, pero para comprobarla con una balanza hay que trabajar en un recipiente cerrado, porque muchas reacciones desprenden o toman gases:

Recipiente	Qué marca la balanza	Por qué
Cerrado	La misma masa antes y después	No entra ni sale nada
Abierto, y se desprende un gas	Menos masa al final	El gas producido escapa al aire
Abierto, y un reactivo es un gas del aire	Más masa al final	El oxígeno del aire se incorpora al producto

La masa no desaparece ni aparece: simplemente, en un recipiente abierto la balanza no pesa los gases que salen o entran.

Lavoisier, el químico de la balanza

A finales del siglo XVIII, el químico francés Antoine Lavoisier estudió muchas reacciones pesando con balanzas muy precisas todo lo que había antes y después, y trabajando en recipientes cerrados para no perder ni ganar gases. Siempre obtuvo el mismo resultado: la masa total no cambiaba. A él se le atribuye la frase «en la naturaleza nada se crea ni se destruye, todo se transforma».

¿Por qué se conserva la masa?

En una reacción química los átomos no se crean ni se destruyen: solo se separan y se unen de otra forma. Si al final hay los mismos átomos que al principio, la masa total tiene que ser la misma.

	Antes	Después
Dibujo (■ = C; ● = O)	■ ●●	●■●
Átomos	1 de C y 2 de O	1 de C y 2 de O
Masa total	la misma	la misma

Puntos clave

Ley de Lavoisier: masa de los reactivos = masa de los productos.
Para comprobarla hay que usar un recipiente cerrado.
Si en un recipiente abierto escapa un gas, la balanza marca menos; si se incorpora un gas del aire (oxígeno), marca más.
La diferencia de masa en un recipiente abierto es la masa del gas que ha salido o entrado.
La masa se conserva porque los átomos se conservan: solo se reorganizan.

Errores frecuentes

ErrorPensar que en las combustiones o en las reacciones que burbujean se destruye materia.
Cómo corregirloLos productos gaseosos (CO₂, vapor de agua…) se escapan al aire. Si recoges los gases en un recipiente cerrado, la masa total es la misma.
ErrorPensar que el hierro oxidado pesa más porque «se ha creado» materia.
Cómo corregirloEl hierro se ha combinado con el oxígeno del aire; la masa extra es la del oxígeno que estaba en el aire.
ErrorSumar solo la masa de uno de los reactivos.
Cómo corregirloSe suman las masas de todos los reactivos y se comparan con la suma de todos los productos.

Ejemplos resueltos

Ejemplo 1. Vinagre y bicarbonato: botella abierta y cerrada experimental (gráfica)
En una botella de plástico con vinagre se introduce un poco de bicarbonato de sodio envuelto en papel. Se pone la botella en una balanza y se agita para que se mezclen. Se hace dos veces: una con la botella abierta y otra con la botella cerrada con su tapón de rosca. En los dos casos se forman burbujas de dióxido de carbono. La gráfica muestra lo que marca la balanza.

a) ¿Qué pasa con la masa en cada caso? b) ¿Qué masa de dióxido de carbono ha escapado de la botella abierta? c) ¿Se cumple la ley de conservación de la masa en los dos casos?

Resolución
a) Con la botella cerrada, la balanza marca siempre 182,6 g: la masa no cambia. Con la botella abierta, la masa baja de 182,6 g a 181,6 g y luego se queda constante (cuando la reacción termina).

b) $182{,}6 - 181{,}6 = 1{,}0$ g de dióxido de carbono han escapado al aire.

c) Sí, en los dos. En la botella abierta la masa de los productos es la misma, pero uno de ellos (el $\text{CO}_2$ , un gas) se ha ido al aire y la balanza ya no lo pesa. La botella cerrada es la forma correcta de comprobar la ley.

Ejercicios

De menos a más. Intenta cada uno antes de mirar la solución.

1. Fácil
Se calientan en un tubo cerrado 2,8 g de hierro con 1,6 g de azufre y reaccionan por completo. ¿Qué masa de sulfuro de hierro(II) se forma?

Ver solución
4,4 g
Por la ley de Lavoisier: $m_{\text{FeS}} = m_{\text{Fe}} + m_{\text{S}} = 2{,}8 + 1{,}6 = 4{,}4$ g.
2. Fácil
Ponemos una vela encendida sobre una balanza y, al cabo de un rato, la balanza marca 3 g menos. Un compañero dice que la vela «ha destruido» 3 g de materia. ¿Es cierto? Explica qué ha pasado con esa masa.

Ver solución
No: la cera reacciona con el oxígeno y forma dióxido de carbono y vapor de agua, que se escapan al aire.
No es cierto. La cera arde: reacciona con el oxígeno del aire y forma dióxido de carbono y vapor de agua, que son gases y se escapan al aire. La balanza no los pesa. Si la vela ardiera en un recipiente cerrado (con aire suficiente), la masa total no cambiaría.
3. Media
Se ponen 5,0 g de lana de acero (hierro) sobre una balanza y se quema con una llama. Al terminar, el sólido negro que queda tiene una masa de 6,2 g. a) ¿Ha aumentado o disminuido la masa? b) ¿Se incumple la ley de Lavoisier? c) ¿Qué masa de oxígeno se ha combinado con el hierro?

Ver solución
a) Ha aumentado 1,2 g. b) No: el hierro se ha combinado con oxígeno del aire. c) 1,2 g.
a) Ha aumentado: $6{,}2 - 5{,}0 = 1{,}2$ g. b) No se incumple. El hierro reacciona con el oxígeno del aire, que es un reactivo que la balanza no pesaba al principio. El óxido formado contiene el hierro y ese oxígeno. c) $m_{\text{oxígeno}} = m_{\text{óxido}} - m_{\text{hierro}} = 6{,}2 - 5{,}0 = 1{,}2$ g.

Para practicar más

1. Fácil
Al calentar 100 g de carbonato de calcio (piedra caliza) se obtienen 56 g de óxido de calcio (cal viva) y dióxido de carbono. ¿Qué masa de dióxido de carbono se forma?

Ver solución
44 g
$m_{\text{CaCO}_3} = m_{\text{CaO}} + m_{\text{CO}_2}$ → $m_{\text{CO}_2} = 100 - 56 = 44$ g.
2. Media
En un vaso abierto hay ácido clorhídrico; vaso y ácido tienen una masa de 152,00 g. Echamos 2,00 g de cinc, que reacciona por completo y desprende burbujas de hidrógeno. Al final la balanza marca 153,94 g. a) ¿Qué masa de hidrógeno ha escapado? b) ¿Qué masa marcaría la balanza si el recipiente estuviera cerrado?

Ver solución
a) 0,06 g. b) 154,00 g.
a) Masa inicial total: $152{,}00 + 2{,}00 = 154{,}00$ g. Masa final: 153,94 g. Han escapado $154{,}00 - 153{,}94 = 0{,}06$ g de hidrógeno. b) En un recipiente cerrado no escaparía nada: la balanza marcaría 154,00 g antes y después.
3. Media
Quieres comprobar en casa la ley de conservación de la masa con una pastilla efervescente y un vaso de agua, y tienes una balanza de cocina. a) ¿Qué pasaría si lo haces en un vaso abierto? b) ¿Cómo lo harías para que la balanza marque lo mismo antes y después?

Ver solución
a) La masa disminuiría porque el CO₂ escapa. b) En una botella cerrada con tapón, con la pastilla dentro sin tocar el agua hasta después de cerrar y pesar.
a) La pastilla desprende dióxido de carbono (las burbujas), que escapa del vaso: la balanza marcaría menos al final. b) Hay que usar un recipiente cerrado: por ejemplo, una botella de plástico con agua y tapón de rosca. Metemos la pastilla en la botella dentro de una bolsita de papel colgada del cuello, para que no toque el agua; cerramos y pesamos. Inclinamos la botella para que la pastilla caiga al agua y, cuando termine de burbujear, volvemos a pesar sin abrir. La masa será la misma. (Mejor media pastilla: si se forma mucho gas, la presión en la botella sube.)