Ley de conservación de la masa
Objetivo. Aplicar la conservación de la materia a distintos casos (recipiente cerrado, reacción completa, sistema abierto), interpretando cuándo se pueden sumar masas directamente, valorando la lectura atenta del enunciado.
para partir
Lavoisier calcinó estaño dentro de un recipiente sellado y midió dos cosas a la vez: el conjunto conservaba exactamente su masa, mientras que el metal calcinado, pesado por separado, había ganado peso. Una vela encendida pierde masa hasta casi desaparecer; un metal que se oxida pesa más que el metal inicial. Esta clase aplica la conservación de la masa a sistemas cerrados y abiertos, y decide cuándo se pueden sumar las masas directamente.
Ya distinguiste cambio físico de cambio químico, viste la ley de proporciones definidas (un compuesto puro combina siempre sus elementos en la misma razón de masas) y enunciaste la ley de conservación de la masa de Lavoisier (los átomos no se crean ni se destruyen: se reordenan). Esta clase aplica esa ley a problemas y responde cuándo se pueden sumar las masas directamente.
Antes de empezar, decide (para ti) si cada afirmación es verdadera o falsa. No las corregiremos aún; volveremos a ellas al final:
- La masa solo se conserva si la reacción ocurre en un recipiente cerrado.
- Si un sólido pesa menos después de reaccionar, es que se destruyó algo de materia.
- Un metal no puede pesar más después de quemarse, porque quemar siempre “gasta” material.
Retomemos: la ley de conservación
El enunciado de la ley:
- Cambio químico: las sustancias se transforman en otras distintas (reactantes → productos). Los átomos que había siguen estando; solo se reordenan formando nuevos enlaces.
- Ley de conservación de la masa (Lavoisier): en una reacción química, la masa total de los reactantes es igual a la masa total de los productos. Nada se crea, nada se destruye.
masa de los reactantes = masa de los productos
La palabra que decide el cálculo es total. La ley exige contar toda la materia que participa, incluidos los gases, aunque no se vean y aunque entren o salgan del recipiente.
En una reacción, lo que tienes al inicio son los reactantes y lo que obtienes al final son los productos. Por ejemplo, al quemar carbono:
El carbono y el oxígeno son reactantes; el dióxido de carbono es el producto. Si sumas la masa de todo lo que entra (carbono más oxígeno), obtienes exactamente la masa de todo lo que sale (el CO₂). Esa igualdad es la conservación de la masa.
La pregunta clave: ¿puedo sumar las masas directamente?
Casi todos los problemas de conservación se reducen a leer el enunciado para saber en cuál de estos cuatro casos estás. De eso depende si puedes sumar (o restar) las masas directamente.
- (a) Recipiente cerrado. Nada entra ni sale: ningún gas escapa ni se capta. La masa medida en la balanza es siempre la misma antes y después. Puedes sumar directamente las masas de los reactantes para conocer la masa final.
- (b) “Reacciona completamente”. Cuando el enunciado dice que los reactantes reaccionan por completo, todo se transforma en productos: no sobra nada. Entonces masa de productos = masa de reactantes, y puedes sumar (o despejar la masa que falta por resta).
- (c) Sistema abierto con un gas que ESCAPA. Combustiones y descomposiciones que liberan un gas (CO₂, vapor de agua). Como el gas se va al ambiente, el sólido que queda pesa menos que al inicio. La balanza “baja”, pero la masa total se conservó: la que falta se fue en forma de gas.
- (d) Sistema abierto que CAPTA un gas. Oxidaciones de metales al aire: el sólido atrapa oxígeno del ambiente y termina pesando más. La balanza “sube”, pero tampoco se creó materia: la masa extra entró como oxígeno del aire.
Regla práctica: antes de calcular, subraya en el enunciado si el sistema es cerrado, si dice “reacciona completamente” y si hay un gas que entra o sale. Eso decide si puedes sumar las masas medidas o si tienes que incluir la masa del gas que entra o sale.
El error más común: si pesa menos, ¿se destruyó materia?
Estas son las dos confusiones más frecuentes.
Idea equivocada 1: “Si el sólido pesa menos después de la reacción, es que parte de la materia se destruyó”. Falso. En una combustión o una descomposición al aire, la masa que “falta” no se destruyó: salió del recipiente convertida en gas (CO₂, vapor de agua). Si pudieras atrapar ese gas y pesarlo, la suma volvería a cuadrar. La vela que “desaparece” se transformó casi por completo en gases que se fueron al aire.
Idea equivocada 2: “La masa solo se conserva en un recipiente cerrado”. Falso. La masa se conserva siempre. Lo que cambia es que, en un recipiente abierto, la balanza no mide toda la materia: no “ve” el gas que entró o salió. La ley no falla; falla nuestra medición si nos olvidamos del gas.
Cuando Lavoisier calentó metales en aire, notó que el sólido ganaba masa, y que esa ganancia coincidía con la masa de aire que “desaparecía” del recipiente. El metal capta oxígeno del aire y forma un óxido:
El oxígeno estaba en el aire (no lo veíamos), pero tenía masa. Por eso el óxido pesa más que el metal inicial: la masa extra entró como oxígeno, no apareció de la nada. Este fue uno de los experimentos que derrumbó la vieja teoría del “flogisto” y estableció la conservación de la masa.
Si la balanza sube o baja, hay un gas que entra o sale. Contar ese gas es lo que hace cuadrar los números.
Sondeo — La masa solo se conserva cuando la reacción ocurre en un recipiente cerrado; en un recipiente abierto la masa realmente cambia.
EJEMPLO RESUELTO (síguelo paso a paso). En un matraz CERRADO herméticamente se colocan 4,2 g de bicarbonato de sodio y 10,0 g de una solución de vinagre. Se mezclan y burbujea gas (CO₂). El matraz sigue tapado. ¿Cuánto marca la balanza con el matraz y todo su contenido después de la reacción?
- 1) Diagnóstico del caso: el matraz está CERRADO. Ningún gas escapa ni entra. Estamos en el caso (a): la masa medida no cambia.
- 2) Suma la masa de todo lo que entró: 4,2 g de bicarbonato + 10,0 g de vinagre = 14,2 g.
- 3) Como nada sale del matraz (el CO₂ queda atrapado dentro), la masa total sigue siendo la misma.
- 4) Por conservación de la masa: masa final = masa inicial = 14,2 g.
Resultado: La balanza marca 14,2 g, igual que antes de reaccionar. En recipiente cerrado la masa no cambia, aunque se forme gas: el CO₂ queda dentro y sigue pesando.
AHORA CON AYUDA (completa el razonamiento). Se calientan 50 g de carbonato de calcio (CaCO₃) en un crisol ABIERTO. El carbonato se descompone POR COMPLETO en óxido de calcio (CaO), un sólido que queda en el crisol, y dióxido de carbono (CO₂), un gas que escapa al aire. Se mide que escaparon 22 g de CO₂. ¿Qué masa de sólido (CaO) queda en el crisol? El diagnóstico ya está hecho: caso (c), sistema abierto con gas que escapa.
- 1) Diagnóstico (dado): crisol ABIERTO y se libera un gas. Caso (c): el sólido que queda pesará menos que los 50 g iniciales, porque parte se fue como CO₂.
- 2) Escribe la conservación de la masa contando TODO: masa CaCO₃ = masa CaO + masa CO₂.
- 3) Reemplaza los datos: 50 g = masa CaO + 22 g.
- 4) Despeja la masa de CaO: masa CaO = 50 g − 22 g = 28 g.
- 5) Interpreta: la balanza del crisol bajó de 50 g a 28 g, pero no se destruyó materia: los 22 g que 'faltan' se fueron en el gas. 28 + 22 = 50: la masa total se conservó.
Resultado: Quedan 28 g de CaO en el crisol. La aparente pérdida de 22 g corresponde al CO₂ que escapó; la masa total (28 + 22 = 50 g) se conserva.
RESUÉLVELO SOLO. Una cinta de 6 g de magnesio (Mg) se quema POR COMPLETO en un crisol ABIERTO. El magnesio capta oxígeno del aire y forma óxido de magnesio (MgO), un polvo blanco que queda en el crisol. Al pesar el óxido, la balanza marca 10 g. ¿Qué masa de oxígeno del aire capturó el magnesio? Primero diagnostica el caso.
- 1) Diagnóstico: crisol ABIERTO y el sólido GANA masa (de 6 g a 10 g). Caso (d): el metal captó un gas (oxígeno) del aire.
- 2) Conservación de la masa contando todo: masa Mg + masa O₂ captado = masa MgO.
- 3) Reemplaza: 6 g + masa O₂ = 10 g.
- 4) Despeja: masa O₂ = 10 g − 6 g = 4 g.
- 5) Interpreta: la balanza subió porque entraron 4 g de oxígeno desde el aire, no porque se creara materia. La masa total (6 g de Mg + 4 g de O₂ = 10 g) se conserva.
Resultado: El magnesio capturó 4 g de oxígeno del aire. El aumento de masa (de 6 g a 10 g) es exactamente el oxígeno captado; nada se creó de la nada.
Completa el resumen de los casos de conservación de la masa:
La masa total en toda reacción química, sea el sistema abierto o cerrado. En un recipiente , la balanza mide toda la materia y su marca no cambia. Cuando el enunciado dice que los reactantes reaccionan , la masa de los productos es a la de los reactantes. En una combustión al aire, el sólido parece pesar porque escapa un (como CO₂). En la oxidación de un metal al aire, el sólido pesa porque capta del ambiente.
Una vela de parafina de 30 g se enciende sobre una balanza en una habitación abierta. Tras varias horas, la vela se ha consumido casi por completo y la balanza marca apenas 2 g de restos. Un estudiante concluye: 'Se perdieron 28 g de materia; parte de la parafina simplemente desapareció'. De acuerdo con la ley de conservación de la masa, ¿cuál es la mejor interpretación?
Se quieren determinar masas en cuatro montajes distintos de la misma reacción entre un sólido A y un gas B. ¿En cuál de los siguientes casos se puede afirmar con seguridad que la masa que marca la balanza al final es igual a la suma de las masas iniciales de A y B?
Un compañero observa que un clavo de hierro oxidado pesa más que el clavo limpio del que partió y afirma: 'Esto es imposible según Lavoisier: si nada se crea, el clavo no puede ganar masa. La balanza debe estar mala'. Explícale, con lo aprendido hoy, por qué su razonamiento es incorrecto y cómo se cumple igual la conservación de la masa.
síntesis
Para cerrar
La ley de conservación de la masa de Lavoisier va junto con las proporciones definidas de Proust. La masa total siempre se conserva. Lo que cambia entre un problema y otro es qué alcanza a medir la balanza, y eso lo decide el enunciado. Los casos:
- (a) Recipiente cerrado: la balanza mide todo → la masa no cambia; puedes sumar directamente.
- (b) “Reacciona completamente”: todo se transforma → masa de productos = masa de reactantes.
- (c) Sistema abierto, gas que escapa (combustión, descomposición): el sólido pesa menos; la masa que falta se fue como gas.
- (d) Sistema abierto, gas que entra (oxidación de un metal): el sólido pesa más; la masa extra entró como oxígeno del aire.
Reto final de recuperación: se queman 12 g de carbono en un recipiente abierto y todo se transforma en dióxido de carbono (CO₂). Se mide que el CO₂ formado tiene 44 g de masa. ¿Qué masa de oxígeno del aire participó y en qué caso estás? (Pista: masa reactantes = masa productos, y aquí entra un gas.) La respuesta: 44 − 12 = 32 g de oxígeno, caso (d). Estas herramientas son la base de la estequiometría, donde en las próximas clases sumaremos las proporciones múltiples.
Piensa sobre tu aprendizaje
- Vuelve a las tres afirmaciones del inicio. ¿Cuáles resultaron falsas y por qué?
- Con tus palabras: ¿qué tres cosas buscas en el enunciado antes de decidir si puedes sumar las masas directamente?
- ¿Qué te costó más: aceptar que un sólido puede pesar más, o encontrar la masa 'escondida' en un gas?
referencias
Bibliografía
- 01Chang, R. & Goldsby, K. (2017). Química (12ª ed.). McGraw-Hill.
- 02Petrucci, R., Herring, F., Madura, J. & Bissonnette, C. (2017). Química General (11ª ed.). Pearson.
- 03Khan Academy. Leyes ponderales y conservación de la masa. https://es.khanacademy.org
- 04Lavoisier, A. (1789). Traité élémentaire de chimie. París: Cuchet.