Sådan løses loven om bevarelse af masseproblemer

Loven om bevarelse af masse revolutionerede studiet af kemi og er et af dets vigtigste principper. Selvom det blev opdaget af flere forskere, tilskrives dets formulering oftest den franske videnskabsmand Antoine Lavoisier og er undertiden opkaldt efter ham. Loven er enkel: Atomer i et lukket system kan hverken oprettes eller ødelægges. I en reaktion eller række af reaktioner skal den samlede masse af reaktanterne svare til den samlede masse af produkterne. Med hensyn til masse bliver pilen i en reaktionsligning et ligetegn, hvilket er en stor hjælp, når det kommer til at holde styr på mængder af forbindelser i en kompleks reaktion.

TL; DR (for lang; Har ikke læst)

At balancere kemiske ligninger anerkender, at begge sider af ligningen skal indeholde det samme antal atomer for hvert element, så det er en måde at løse for bevarelse af masse. Du kan også bruge konservering af masse til at finde masserne af opløste stoffer i en opløsning.

Uanset hvad der kan komme ind i eller undslippe et lukket system, men energi kan passere frit. Temperaturen inde i et lukket system kan ændre sig, og et lukket system kan bestråles med røntgenstråler eller mikrobølger. Du behøver ikke overveje den energi, der afgives under en eksoterm reaktion eller absorberes under en endoterm energimåling, når massen måles før og efter reaktionen. Nogle forbindelser kan ændre tilstand, og nogle gasser kan produceres af faste stoffer og væsker, men den eneste vigtige parameter er den samlede masse af alle involverede forbindelser. Det skal forblive det samme.

Det faktum, at en træstamme vejer mindre, efter den brænder, var noget af et mysterium, indtil forskere forstod princippet om bevarelse af masse. Da masse ikke kan gå tabt, skal den omdannes til en anden form, og det er hvad der sker. Under forbrændingen kombineres træet med ilt for at producere trækul og sod, og det afgiver gasser som kuldioxid og kulilte. Du kan beregne den samlede masse af disse gasser ved at veje loggen inden afbrænding og de faste kulstofprodukter, der er tilbage, efter at ilden er slukket. Forskellen i disse vægte skal svare til den samlede vægt af de gasser, der går op i skorstenen. Dette er den grundlæggende idé bag løsningen af ​​al bevarelse af masseproblemer.

En afbalanceret kemisk ligning er en, der demonstrerer, at atomer, som masse generelt, hverken skabes eller ødelægges under reaktionen, hvilket en ligning beskriver. At afbalancere en reaktionsligning er en måde at løse en bevarelse af masseproblemet på. For at gøre dette anerkender du, at begge sider af ligningen indeholder det samme antal atomer for hvert element, der er involveret i reaktionen.

For eksempel ser den ubalancerede ligning for rustdannelse, som er en kombination af jern og ilt til at producere jernoxid, sådan ud:

Fe + O₂ -> Fe₂O₃

Denne ligning er ikke afbalanceret, fordi de to sider indeholder forskellige antal jern- og iltatomer. For at afbalancere det skal du gange hver af reaktanterne og produkterne med en koefficient, der producerer det samme antal atomer af hvert element på begge sider:

4Fe + 3O₂ -> 2Fe₂2O₃

Bemærk, at antallet af atomer i en forbindelse, repræsenteret af abonnementerne i en kemisk formel, aldrig ændres. Du kan kun afbalancere en ligning ved at ændre koefficienter.

Du behøver ikke nødvendigvis at kende den kemiske ligning for en reaktion, der skal løse til bevarelse af masse. For eksempel, hvis du opløser to eller flere forbindelser i vand, ved du, at masserne af ingredienserne skal svare til den samlede masse af opløsningen. Som et eksempel på, hvordan dette kan være nyttigt, skal du overveje en studerende, der afvejer bestemte vægte af to forbindelser, der skal tilføjes til en kendt mængde vand og spilder derefter en lille mængde af en af ​​forbindelserne, mens den overføres til opløsning. Ved at afveje den endelige løsning kan den studerende finde ud af nøjagtigt, hvor meget af forbindelsen der var gået tabt.

Hvis visse reaktanter kombineres for at producere kendte produkter, og den afbalancerede ligning af reaktionen er kendt, det er muligt at beregne den manglende masse af en af ​​reaktanterne eller produkterne, hvis alle de andre er kendt. For eksempel kombineres carbontetrachlorid og brom til dannelse af dibromdichlormethan og chlorgas. Den afbalancerede ligning for denne reaktion er:

CCl₄ + Br₂ -> CBr₂Cl₂ + Cl2

Hvis du kender masserne af hver af reaktanterne og kan måle massen af ​​et af produkterne, kan du beregne massen af ​​det andet produkt. Tilsvarende, hvis du måler masserne af produkterne og en af ​​reaktanterne, kender du straks massen af ​​den anden reaktant.

En studerende kombinerer 154 gram carbontetrachlorid og en ukendt mængde brom i en forseglet beholder for at producere 243 gram dibromdichlormethan og 71 gram klor. Hvor meget klor blev brugt i reaktionen, forudsat at reaktanterne bruges fuldstændigt u__p?

Da masse er konserveret, kan vi oprette en ligestilling, hvor x repræsenterer den ukendte mængde brom:

154 g + x = 243 g + 71 g

x = massen af ​​brom forbrugt i reaktionen = 150 gram