So lösen Sie das Gesetz der Erhaltung der Massenprobleme

Das Gesetz der Erhaltung der Masse hat das Studium der Chemie revolutioniert und ist eines ihrer wichtigsten Prinzipien. Obwohl von mehreren Forschern entdeckt, wird seine Formulierung am häufigsten dem französischen Wissenschaftler Antoine Lavoisier zugeschrieben und manchmal nach ihm benannt. Das Gesetz ist einfach: Atome in einem geschlossenen System können weder erzeugt noch zerstört werden. Bei einer Reaktion oder Reaktionsserie muss die Gesamtmasse der Reaktanten gleich der Gesamtmasse der Produkte sein. In Bezug auf die Masse wird der Pfeil in einer Reaktionsgleichung zu einem Gleichheitszeichen, was eine große Hilfe ist, um die Mengen von Verbindungen in einer komplexen Reaktion im Auge zu behalten.

TL; DR (zu lang; nicht gelesen)

Das Ausbalancieren chemischer Gleichungen erkennt an, dass beide Seiten der Gleichung die gleiche Anzahl von Atomen jedes Elements enthalten müssen, daher ist dies eine Möglichkeit, um die Massenerhaltung zu lösen. Sie können auch die Massenerhaltung der Masse verwenden, um die Massen der gelösten Stoffe in einer Lösung zu bestimmen.

In ein geschlossenes System kann keine Materie ein- oder austreten, aber Energie kann ungehindert passieren. Die Temperatur in einem geschlossenen System kann sich ändern und ein geschlossenes System kann mit Röntgenstrahlen oder Mikrowellen bestrahlt werden. Die bei einer exothermen Reaktion abgegebene bzw. bei einer endothermen aufgenommene Energie muss bei der Massemessung vor und nach der Reaktion nicht berücksichtigt werden. Einige Verbindungen können ihren Zustand ändern und einige Gase können aus Feststoffen und Flüssigkeiten hergestellt werden, aber der einzige wichtige Parameter ist die Gesamtmasse aller beteiligten Verbindungen. Es muss gleich bleiben.

Die Tatsache, dass ein Holzscheit nach dem Verbrennen weniger wiegt, war ein Rätsel, bis die Wissenschaftler das Prinzip der Massenerhaltung verstanden. Da Masse nicht verloren gehen kann, muss sie sich in eine andere Form verwandeln, und das passiert. Bei der Verbrennung verbindet sich das Holz mit Sauerstoff zu Holzkohle und Ruß und gibt Gase wie Kohlendioxid und Kohlenmonoxid ab. Sie können die Gesamtmasse dieser Gase berechnen, indem Sie den Scheit vor dem Verbrennen und die nach dem Erlöschen des Feuers verbleibenden festen Kohlenstoffprodukte wiegen. Die Differenz dieser Gewichte muss den Gesamtgewichten der Gase entsprechen, die den Schornstein hinaufsteigen. Dies ist der Grundgedanke hinter der Lösung aller Massenerhaltungsprobleme.

Eine ausgewogene chemische Gleichung ist eine Gleichung, die zeigt, dass Atome, wie Masse im Allgemeinen, während der Reaktion, die eine Gleichung beschreibt, weder erzeugt noch zerstört werden. Das Ausbalancieren einer Reaktionsgleichung ist eine Möglichkeit, ein Massenerhaltungsproblem zu lösen. Um dies zu tun, erkennen Sie, dass beide Seiten der Gleichung die gleiche Anzahl von Atomen jedes an der Reaktion beteiligten Elements enthalten.

Die unausgeglichene Gleichung für die Rostbildung, die eine Kombination von Eisen mit Sauerstoff ist, um Eisenoxid zu produzieren, sieht zum Beispiel so aus:

Fe + O₂ --> Fe₂Ö₃

Diese Gleichung ist nicht ausgeglichen, weil die beiden Seiten eine unterschiedliche Anzahl von Eisen- und Sauerstoffatomen enthalten. Um es auszugleichen, multiplizieren Sie jeden der Reaktanten und die Produkte mit einem Koeffizienten, der auf beiden Seiten die gleiche Anzahl von Atomen jedes Elements erzeugt:

4Fe + 3O₂ --> 2Fe₂2O₃

Beachten Sie, dass sich die Anzahl der Atome in einer Verbindung, dargestellt durch die Indizes in einer chemischen Formel, nie ändert. Sie können eine Gleichung nur ausgleichen, indem Sie die Koeffizienten ändern.

Sie müssen nicht unbedingt die chemische Gleichung kennen, damit eine Reaktion die Massenerhaltung auflöst. Wenn Sie beispielsweise zwei oder mehr Verbindungen in Wasser auflösen, wissen Sie, dass die Massen der Inhaltsstoffe der Gesamtmasse der Lösung entsprechen müssen. Als Beispiel dafür, wie dies nützlich sein kann, stellen Sie sich einen Schüler vor, der bestimmte Gewichte von zwei zu addierenden Verbindungen abwägt auf eine bekannte Menge Wasser und verschüttet dann eine kleine Menge einer der Verbindungen, während sie auf die Lösung. Durch Abwägen der endgültigen Lösung kann der Schüler genau herausfinden, wie viel von der Verbindung verloren ging.

Wenn sich bestimmte Reaktionspartner zu bekannten Produkten verbinden und die ausgewogene Reaktionsgleichung bekannt ist, es ist möglich, die fehlende Masse eines der Reaktanten oder Produkte zu berechnen, wenn alle anderen sind bekannt. Beispielsweise verbinden sich Tetrachlorkohlenstoff und Brom zu Dibromdichlormethan und Chlorgas. Die ausgeglichene Gleichung für diese Reaktion lautet:

CCl₄ + Br₂ --> CBr₂Cl₂ + Cl2

Wenn Sie die Massen jedes der Reaktanten kennen und die Masse eines der Produkte messen können, können Sie die Masse des anderen Produkts berechnen. Wenn Sie die Massen der Produkte und eines der Reaktanten messen, kennen Sie auch sofort die Masse des anderen Reaktanten.

Ein Student kombiniert 154 Gramm Tetrachlorkohlenstoff und eine unbekannte Menge Brom in einem verschlossenen Behälter, um 243 Gramm Dibromdichlormethan und 71 Gramm Chlor herzustellen. Wie viel Chlor wurde bei der Reaktion verwendet, wenn die Reaktanten vollständig verbraucht sind u__p?

Da die Masse erhalten bleibt, können wir eine Gleichheit aufstellen, in der x die unbekannte Brommenge darstellt:

154g + x = 243g + 71g

x = die bei der Reaktion verbrauchte Brommasse = 150 Gramm