A lei de Lavoisier refere-se à conservação de matéria durante uma transformação física ou química. Foi descoberta pelo químico francês Antoine Lavoisier. Mas, antes de enunciá-la, observe o exemplo:
A síntese de amônia utilizada atualmente só foi possível ser obtida através das contribuições de Fritz Haber e Carl Bosch. Esta consiste na reação de hidrogênio (H2) e nitrogênio (N2) gasosos sob altíssima pressão (cerca de 200 vezes a pressão atmosférica) e temperatura (em torno de 500 °C):
N2(g) + 3 H2(g) ↔ 2 NH3(g) ∆H = - 92 kJ
A relação molar dessa reação é 1:3:2. Assim, 1 mol de nitrogênio reage com 3 mol de hidrogênio gerando 2 mol de amônia.
Sendo a massa molar do nitrogênio igual a 28 g/mol, do hidrogênio 2 g/mol, e da amônia 17 g/mol, pode-se estabelecer uma relação entre as massas dos reagentes e do produto:
28 gramas de N2 + 6 gramas de H2 ↔ 34 gramas de NH3
Assim, a cada reação de síntese são formados 34 gramas de amônia e, como a reação é reversível, cada reação de decomposição forma 28 gramas de nitrogênio e 6 gramas de hidrogênio. Sendo também o total de 34 gramas de produto.
Portanto, assim fica enunciada a lei de Lavoisier:
Ao término de uma reação química, a massa total inicial dos reagentes é igual a massa total final dos produtos. Ou em outras palavras, a massa é conservada quaisquer que sejam as modificações químicas e/ou físicas que a matéria sofra: na natureza, nada se cria e nada se perde. Tudo se transforma.
Apesar dessa lei ser convenientemente aplicada em sistemas fechados (sem interferência do meio externo), uma possível falha estaria presente se tratando de sistemas abertos: quando uma barra de ferro é exposta ao ambiente atmosférico úmido, após algum tempo, ocorre a corrosão do mesmo. Entretanto, ao invés de estar com mesma massa, está mais pesado.
Vale lembrar que o ferro, ao entrar em contato com ambiente atmosférico úmido (reagindo com a água em estado de vapor e oxigênio gasoso), forma depósitos de ferrugem na superfície metálica:
Fe(s) → Fe2+ + 2e- (oxidação do ferro) O2 + 2H2O + 4e- → 4OH- (redução do oxigênio) 2Fe + O2 + 2H2O → 2Fe(OH)2 (equação geral da formação da ferrugem)
Sendo assim, de cada 56 gramas de ferro que entram em processo de corrosão (reação com a água e o oxigênio) 90 gramas de hidróxido ferroso são produzidos. Portanto, a lei de Lavoisier continua válida mesmo em ambientes abertos ou em situações em que pelo menos um dos reagentes não é controlado.