كيفية حل قانون حفظ المشاكل الجماعية

أحدث قانون حفظ الكتلة ثورة في دراسة الكيمياء وهو أحد أهم مبادئها. على الرغم من اكتشاف العديد من الباحثين ، إلا أن صياغته تُنسب غالبًا إلى العالم الفرنسي أنطوان لافوازييه وأحيانًا يُطلق عليه اسمه. القانون بسيط: لا يمكن إنشاء الذرات في نظام مغلق أو تدميرها. في تفاعل أو سلسلة من التفاعلات ، يجب أن تساوي الكتلة الكلية للمواد المتفاعلة الكتلة الكلية للنواتج. من حيث الكتلة ، يصبح السهم في معادلة التفاعل علامة يساوي ، وهو ما يساعد كثيرًا عندما يتعلق الأمر بتتبع كميات المركبات في تفاعل معقد.

TL ؛ DR (طويل جدًا ؛ لم أقرأ)

تدرك المعادلات الكيميائية المتوازنة أن كلا طرفي المعادلة يجب أن يحتويان على نفس عدد ذرات كل عنصر ، لذا فهي إحدى الطرق لحل مسألة حفظ الكتلة. يمكنك أيضًا استخدام حفظ الكتلة لإيجاد كتل المواد المذابة في المحلول.

لا يمكن لأي مادة أن تدخل أو تهرب من نظام مغلق ، لكن الطاقة قد تمر بحرية. يمكن أن تتغير درجة الحرارة داخل نظام مغلق ، ويمكن تشعيع النظام المغلق بالأشعة السينية أو الموجات الدقيقة. لا يتعين عليك التفكير في الطاقة المنبعثة أثناء تفاعل طارد للحرارة أو امتصاصها أثناء تفاعل ماص للحرارة عند قياس الكتلة قبل التفاعل وبعده. قد تتغير حالة بعض المركبات ، وقد يتم إنتاج بعض الغازات من المواد الصلبة والسوائل ، ولكن المعلمة الوحيدة ذات الأهمية هي الكتلة الكلية لجميع المركبات المعنية. يجب أن تبقى كما هي.

كانت حقيقة أن جذوع الأشجار تزن أقل بعد أن تحترق أمرًا غامضًا إلى أن فهم العلماء مبدأ الحفاظ على الكتلة. بما أنه لا يمكن فقدان الكتلة ، يجب أن تتحول إلى شكل آخر ، وهذا ما يحدث. أثناء الاحتراق ، يتحد الخشب مع الأكسجين لإنتاج الفحم والسخام ، وينتج غازات مثل ثاني أكسيد الكربون وأول أكسيد الكربون. يمكنك حساب الكتلة الإجمالية لهذه الغازات بوزن السجل قبل الاحتراق ونواتج الكربون الصلب المتبقية بعد اندلاع الحريق. يجب أن يساوي الفرق في هذه الأوزان إجمالي أوزان الغازات التي تصعد المدخنة. هذه هي الفكرة الأساسية وراء حل جميع مشاكل الحفظ الشامل.

المعادلة الكيميائية المتوازنة هي المعادلة التي توضح أن الذرات ، مثل الكتلة بشكل عام ، لا يتم إنشاؤها أو تدميرها أثناء التفاعل ، وهو ما تصفه المعادلة. تعتبر موازنة معادلة التفاعل إحدى طرق حل مشكلة الحفاظ على الكتلة. للقيام بذلك ، تدرك أن كلا طرفي المعادلة يحتويان على نفس عدد ذرات كل عنصر مشارك في التفاعل.

على سبيل المثال ، تبدو المعادلة غير المتوازنة لتكوين الصدأ ، وهي مزيج من الحديد مع الأكسجين لإنتاج أكسيد الحديد ، كما يلي:

Fe + O₂ -> الحديد₂ا₃

هذه المعادلة غير متوازنة لأن الجانبين يحتويان على أعداد مختلفة من ذرات الحديد والأكسجين. لتحقيق التوازن ، اضرب كل من المواد المتفاعلة والنواتج في معامل ينتج نفس عدد ذرات كل عنصر على كلا الجانبين:

4Fe + 3O₂ -> 2Fe₂2O₃

لاحظ أن عدد الذرات في المركب ، ممثلة بالرموز في صيغة كيميائية ، لا يتغير أبدًا. يمكنك فقط موازنة معادلة عن طريق تعديل المعاملات.

ليس عليك بالضرورة معرفة المعادلة الكيميائية لتفاعل لحلها من أجل الحفاظ على الكتلة. على سبيل المثال ، إذا قمت بإذابة مركبين أو أكثر في الماء ، فأنت تعلم أن كتل المكونات يجب أن تساوي الكتلة الكلية للمحلول. كمثال على كيف يمكن أن يكون هذا مفيدًا ، فكر في الطالب الذي يزن أوزانًا معينة لمركبين لإضافتهما إلى كمية معروفة من الماء ثم انسكاب كمية صغيرة من أحد المركبات أثناء نقلها إلى المحلول. من خلال وزن الحل النهائي ، يمكن للطالب معرفة مقدار ما فقد من المركب بالضبط.

إذا اجتمعت بعض المواد المتفاعلة لإنتاج منتجات معروفة والمعادلة المتوازنة للتفاعل معروفة ، من الممكن حساب الكتلة المفقودة لأحد المواد المتفاعلة أو النواتج إذا كانت جميع المواد الأخرى كذلك معروف. على سبيل المثال ، يتحد رابع كلوريد الكربون والبروم لتكوين ثنائي بروموديكلورميثان وغاز الكلور. المعادلة المتوازنة لهذا التفاعل هي:

CCl₄ + ر₂ -> CBr₂Cl₂ + Cl2

إذا كنت تعرف كتل كل مادة من المواد المتفاعلة ويمكنك قياس كتلة أحد النواتج ، يمكنك حساب كتلة المنتج الآخر. وبالمثل ، إذا قمت بقياس كتل المنتجات وأحد المتفاعلات ، فستعرف على الفور كتلة المادة المتفاعلة الأخرى.

يجمع طالب بين 154 جرامًا من رابع كلوريد الكربون وكمية غير معروفة من البروم في حاوية مغلقة لإنتاج 243 جرامًا من ثنائي بروموديكلورميثان و 71 جرامًا من الكلور. ما مقدار الكلور الذي تم استخدامه في التفاعل ، على افتراض أن المواد المتفاعلة مستخدمة بالكامل؟

نظرًا للحفاظ على الكتلة ، يمكننا إنشاء مساواة حيث يمثل x كمية غير معروفة من البروم:

154 جم + س = 243 جم + 71 جم

x = كتلة البروم المستهلكة في التفاعل = 150 جرامًا