Jak řešit zákon zachování masových problémů

Zákon zachování hmoty způsobil revoluci ve studiu chemie a je jedním z jeho nejdůležitějších principů. Ačkoli jej objevilo několik vědců, jeho formulace je nejčastěji připisována francouzskému vědci Antoine Lavoisierovi a někdy je pojmenována po něm. Zákon je jednoduchý: Atomy v uzavřeném systému nelze vytvářet ani ničit. V reakci nebo sérii reakcí se musí celková hmotnost reaktantů rovnat celkové hmotnosti produktů. Pokud jde o hmotnost, šipka v reakční rovnici se stává znaménkem rovnosti, což je velká pomoc, pokud jde o sledování množství sloučenin v komplexní reakci.

TL; DR (příliš dlouhý; Nečetl)

Vyvažování chemických rovnic uznává, že obě strany rovnice musí obsahovat stejný počet atomů každého prvku, takže je to jeden způsob řešení zachování hmotnosti. Můžete také použít zachování hmoty k nalezení hmot rozpuštěných látek v roztoku.

Žádná hmota nemůže vstoupit do uzavřeného systému nebo z něj uniknout, ale energie může volně procházet. Teplota uvnitř uzavřeného systému se může měnit a uzavřený systém může být ozařován rentgenovými paprsky nebo mikrovlnami. Při měření hmoty před a po reakci nemusíte brát v úvahu energii vydanou během exotermické reakce nebo absorbovanou během endotermické reakce. Některé sloučeniny mohou měnit stav a některé plyny mohou být vyráběny z pevných látek a kapalin, ale jediným důležitým parametrem je celková hmotnost všech zúčastněných sloučenin. Musí to zůstat stejné.

Skutečnost, že kmen po spálení váží méně, byla záhadou, dokud vědci nepochopili princip zachování hmoty. Vzhledem k tomu, že hmotu nelze ztratit, musí se transformovat do jiné formy, a to se děje. Během spalování se dřevo spojuje s kyslíkem a vytváří dřevěné uhlí a saze a uvolňuje plyny, jako je oxid uhličitý a oxid uhelnatý. Celkovou hmotnost těchto plynů můžete vypočítat vážením kmene před spálením a tuhých uhlíkových produktů, které zůstanou po zhasnutí ohně. Rozdíl v těchto hmotnostech se musí rovnat celkové hmotnosti plynů, které jdou nahoru komínem. Toto je základní myšlenka řešení všeho zachování hromadných problémů.

Vyvážená chemická rovnice je taková, která ukazuje, že atomy, stejně jako hmotnost obecně, nejsou během reakce vytvářeny ani ničeny, což rovnice popisuje. Vyvážení reakční rovnice je jedním ze způsobů řešení zachování hromadného problému. Za tímto účelem poznáte, že obě strany rovnice obsahují stejný počet atomů každého prvku zapojeného do reakce.

Například nevyvážená rovnice pro vznik rzi, což je kombinace železa s kyslíkem za vzniku oxidu železa, vypadá takto:

Fe + O₂ -> Fe₂Ó₃

Tato rovnice není vyvážená, protože obě strany obsahují různé počty atomů železa a kyslíku. Chcete-li to vyvážit, vynásobte všechny reaktanty a produkty koeficientem, který produkuje stejný počet atomů každého prvku na obou stranách:

4Fe + 3O₂ -> 2 Fe₂2O₃

Všimněte si, že počet atomů ve sloučenině, představovaný indexem v chemickém vzorci, se nikdy nemění. Rovnici můžete vyvážit pouze úpravou koeficientů.

Nemusíte nutně znát chemickou rovnici pro reakci, která se má vyřešit, aby se zachovala hmotnost. Například pokud rozpustíte dvě nebo více sloučenin ve vodě, víte, že hmotnost složek se musí rovnat celkové hmotnosti roztoku. Jako příklad toho, jak to může být užitečné, zvažte studenta, který váží konkrétní váhy dvou sloučenin, které chcete přidat na známé množství vody a poté přenese malé množství jedné ze sloučenin a přenese ji do řešení. Zvážením konečného řešení může student přesně zjistit, kolik sloučeniny bylo ztraceno.

Pokud se určité reaktanty spojí za vzniku známých produktů a je známa vyvážená rovnice reakce, je možné vypočítat chybějící hmotnost jednoho z reaktantů nebo produktů, pokud jsou všechny ostatní známý. Například tetrachlormethan a brom se spojí a vytvoří dibromdichlormethan a plynný chlor. Vyvážená rovnice pro tuto reakci je:

CCl₄ + Br₂ -> CBr₂Cl₂ + Cl2

Pokud znáte hmotnosti každého z reaktantů a můžete měřit hmotnost jednoho z produktů, můžete vypočítat hmotnost druhého produktu. Podobně, pokud měříte hmotnosti produktů a jednoho z reaktantů, okamžitě znáte hmotnost druhého reaktantu.

Student kombinuje 154 gramů tetrachlormethanu a neznámého množství bromu v uzavřené nádobě a vytvoří 243 gramů dibromdichlormethanu a 71 gramů chloru. Kolik chloru bylo použito při reakci za předpokladu, že reaktanty jsou zcela použity u__p?

Protože je hmotnost zachována, můžeme nastavit rovnost, ve které x představuje neznámé množství bromu:

154 g + x = 243 g + 71 g

x = hmotnost bromu spotřebovaného při reakci = 150 gramů