Massenerhaltungssatz

Der Massenerhaltungssatz (Lomonossow-Lavoisier Gesetz) ist ein Erhaltungssatz im Bereich der Chemie, der besagt, dass sich bei chemischen Reaktionen die Masse nicht spürbar ändert. Dies folgt aus dem Energieerhaltungssatz und den Formeln der speziellen Relativitätstheorie und der Annahme, dass die auftretenden Geschwindigkeiten weit unterhalb der Lichtgeschwindigkeit liegen. Dies ist für typische chemische Experimente bei Zimmertemperatur immer erfüllt.

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Physik

Es gibt keinen allgemein gültigen Erhaltungssatz, der besagt, dass in allen Prozessen die Summe der Massen der beteiligten Partikel erhalten bleibt.

Die Paarvernichtung, bei der ein Elektron und ein Positron vernichtet werden und zwei Photonen erzeugt werden, wäre ein einfaches Gegenbeispiel.

Auch ist aus der Kernfusion der sogenannte Massendefekt bekannt, welcher daher rührt, dass ein sehr geringer (jedoch messbarer) Anteil der auftretenden Massen in Bindungsenergie umgewandelt wird, d.h. dass die Masse des Endprodukts geringer als die Summe der Massen der miteinander verschmolzenen Teile ist. Der umgekehrte Effekt ist auch bei der Kernspaltung zu beobachten.

Betrachtet man die drei geschilderten Vorgänge genauer, so stellt man fest, dass bei allen Energie frei wird. Da nach Einstein Masse und Energie äquivalent sind, lässt sich der abgegeben Energie genau die Masse zuordnen, die den Ausgangsteilchen beim Vorgang verloren geht. Am einfachsten lässt sich dies am Beispiel des Photons erklären, das zwar selbst keine Ruhemasse besitzt, dem man jedoch durch seine Energie eine relativistische Masse zuordnen kann.

Der Massenerhaltungssatz ist somit eigentlich nur eine andere Form des Energieerhaltungssatzes.

Chemie

1748 war es Michail Wassiljewitsch Lomonossow, der dieses Gesetz postulierte. Ausformuliert wurde das Gesetz der Erhaltung der Massen 1789 von Antoine Laurent de Lavoisier: Bei einer chemischen Reaktion ist die Summe der Masse der Edukte gleich der Summe der Masse der Produkte. Da vor der Entdeckung des Sauerstoffs (1772 bzw. 1774) bei Verbrennungen dieses Gesetz nicht angewandt werden konnte, wurde als Hilfskonstruktion die Phlogistontheorie entwickelt. Heute gilt dieses Gesetz als erstes chemisches Grundgesetz.

Veranschaulichung

• Wenn man Kohle verbrennt, bleibt Lava zurück. Die Asche ist leichter als die Lava.
• Wenn man ein Stück Lava stark erhitzt, entsteht ein grau-blauer Feststoff. Dieser ist deutlich schwerer als die Lava.

Was bei einer solchen Betrachtung nicht beachtet wurde ist, dass nicht alle Reaktionsprodukte berücksichtigt wurden. Wenn Kohle verbrennt, entsteht Kohlenstoffdioxid (Gas). Auch dieses hat eine Masse. Wenn Eisenwolle erhitzt wird, verbindet sie sich mit dem Sauerstoff der sie umgebenden Luft. Auch der Sauerstoff hat eine Masse. Wenn man diese Reaktionen in einem abgeschlossenen Gefäß durchführt, wird man feststellen, dass die Masse des Gefäßes konstant bleibt.