naturfag.no blir utvikla av Nasjonalt senter for naturfag i opplæringa
Kontakt oss: post@naturfag.no Ansvarleg redaktør: Merethe Frøyland
Personvernerklæring
Tilgjengelegheitserklæring
Massevirkningsloven
Massevirkningsloven ble oppdaget i 1864 av to unge, norske forskere: Guldberg og Waage.
Massevirkningsloven er den eneste naturloven som er oppdaget av nordmenn. Den er kjent over hele verden, og er alle norske kjemikeres stolthet. Den er med i alle lærebøkene i kjemi som brukes i Vg2 og Vg3.
Loven kalles også Guldberg og Waages lov etter Cato Maximilian Guldberg (1836-1902) og Peter Waage (1833-1900) som oppdaget loven i 1864. Da var Waage lektor i kjemi på Universitetet i Christiania og bestyrer av Kjemisk laboratorium. Guldberg var lærer i anvendt matematikk ved Krigsskolen. Waage sto for kjemien og Guldberg for databehandlingen. Waage fylte 30 i 1864 og Guldberg 28, de var svogere og begge var småbarnsforeldre. Senere ble de professorer ved Universitetet i Christiania – det eneste universitetet i Norge den gang.
Idéene de bygget på
Massevirkningsloven er en kvantitativ lov som gjør det mulig å regne på kjemiske likevekter. La oss se på et eksempel på en enkel kjemisk reaksjon:
A+B ⇌ C + D
Her er A og B utgangsstoffene, C og D produktene. Reaksjonen foregår i en løsning eller i en gass i et kar som er lukket så ingen av stoffene slipper ut. Utgangsstoffene A og B reagerer med hverandre og gir produktene C og D. Men også produktene C og D reagerer og gir A og B, hevdet Guldberg og Waage. At reaksjonen går begge veier, er markert med dobbeltpilen ⇌.
Til å begynne med har vi bare utgangsstoffer og konsentrasjonen av produktene er 0. Etter hvert vil konsentrasjonen av produktene C og D øke, og konsentrasjonen av utgangsstoffene vil avta. Etter en tid vil konsentrasjonen av hvert enkelt av stoffene bli konstant. Da sier vi at reaksjonen er i likevekt. I noen reaksjoner dannes lite produkter og i andre reaksjoner kan det dannes mye produkter, men likevekt blir det tilslutt i alle tilfelle, om temperaturen holdes konstant og karet er lukket.
Men, hevdet Guldberg og Waage, selv ved likevekt reagerer A og B fortsatt og gir C og D, og C og D reagerer og gir A og B. Så likevekten er dynamisk! Det var det Guldberg og Waage påpekte i 1864. Det foregår reaksjoner mellom stoffene hele tiden, men ved likevekt er konsentrasjonen av hvert av stoffene konstant. Dette vil vi formidle til elevene:
- Kjemiske reaksjoner tar tid: Noen reaksjoner går fort, andre går langsomt.
- Alle kjemiske reaksjoner som foregår i et lukket kar kommer til slutt i likevekt om vi venter lenge nok. Da er konsentrasjonen av alle stoffer som deltar i reaksjonen konstant, men stoffene reagerer fortsatt.
Utledning av massevirkningsloven
Massevirkningsloven slik den ble fremsatt av G&W i 1864, var et selvvalgt teoretisk uttrykk med visse parametere i. De viste at det var mulig å bestemme verdier på parameterne, slik at de beregnede konsentrasjonene passet med de observerte konsentrasjonene, for tre kjemiske reaksjoner.
Først i 1879 utledet G&W loven fra en partikkelmodell. Slik utledet de loven: De antok at to partikler A og B først reagerer når de støter sammen. Da kan bindinger brytes, og partiklene C og D dannes. Farten på reaksjonen mellom utgangsstoffene A og B er derfor proporsjonalt med produktet av konsentrasjonen av A og B. Tilsvarende er farten på reaksjonen mellom produktene C og D proporsjonal med produktet av konsentrasjonen av C og D. Ved likevekt er farten på reaksjonen mellom utgangsstoffene lik farten på reaksjonene mellom produktene.
Skriver vi konsentrasjonen av et stoff X som [X] blir massevirkningsloven:
a[A]•[B] = b[C] • [D]
For å understreke at det bare er nødvendig med en konstant K (= b/a) skriver vi i dag massevirkningsloven som en brøk:
[C]•[D]/[A] • [B] = K
K kalles likevektskonstanten. Den bestemmes eksperimentelt, gjerne ved flere temperaturer.
Navnet massevirkningsloven er misvisende. Loven burde hete konsentrasjonsloven, for det er konsentrasjonen som er viktig når stoffer reagerer.
Massevirkningsloven i dag
I dag vet vi at massevirkningsloven følger fra av termodynamikkens lover. Farten på en kjemisk reaksjon er også mer komplisert enn antatt av G&W. Vi vet også at loven bare er tilnærmet riktig. Avvik fra massevirkningsloven blir større ved økende konsentrasjon, særlig i saltløsninger.
Flere opplysninger om G&W og massevirkningsloven er gitt i nettutgaven av Store norske leksikon (se snl.no ).
De to frimerkene vist i bildet til høyre ble utgitt til 100 års jubiléet i 1964. I frimerkene er det avbildet byster av G&W av Stinius Fredriksen fra 1950. Bystene står i dag ved Universitetet i Bergen (Guldberg til venstre og Waage til høyre).