Πώς να επιλύσετε το νόμο για τη διατήρηση των μαζικών προβλημάτων

Ο νόμος της διατήρησης της μάζας έφερε επανάσταση στη μελέτη της χημείας και είναι μια από τις πιο σημαντικές αρχές του. Αν και ανακαλύφθηκε από πολλούς ερευνητές, η διατύπωση του αποδίδεται συχνότερα στον Γάλλο επιστήμονα Antoine Lavoisier και μερικές φορές ονομάζεται από αυτόν. Ο νόμος είναι απλός: Τα άτομα σε ένα κλειστό σύστημα δεν μπορούν ούτε να δημιουργηθούν ούτε να καταστραφούν. Σε μια αντίδραση ή σειρά αντιδράσεων, η συνολική μάζα των αντιδραστηρίων πρέπει να ισούται με τη συνολική μάζα των προϊόντων. Όσον αφορά τη μάζα, το βέλος σε μια εξίσωση αντίδρασης γίνεται σύμβολο ίσο, το οποίο βοηθάει πολύ στην παρακολούθηση των ποσοτήτων των ενώσεων σε μια πολύπλοκη αντίδραση.

TL; DR (Πάρα πολύ καιρό; Δεν διαβάστηκε)

Η εξισορρόπηση των χημικών εξισώσεων αναγνωρίζει ότι και οι δύο πλευρές της εξίσωσης πρέπει να περιέχουν τον ίδιο αριθμό ατόμων κάθε στοιχείου, οπότε είναι ένας τρόπος επίλυσης για τη διατήρηση της μάζας. Μπορείτε επίσης να χρησιμοποιήσετε τη συντήρηση μάζας για να βρείτε τις μάζες διαλυτών σε μια λύση.

Κανένα θέμα δεν μπορεί να εισέλθει ή να ξεφύγει από ένα κλειστό σύστημα, αλλά η ενέργεια μπορεί να περάσει ελεύθερα. Η θερμοκρασία μέσα σε ένα κλειστό σύστημα μπορεί να αλλάξει και ένα κλειστό σύστημα μπορεί να ακτινοβοληθεί από ακτίνες Χ ή μικροκύματα. Δεν χρειάζεται να λάβετε υπόψη την ενέργεια που εκπέμπεται κατά τη διάρκεια μιας εξώθερμης αντίδρασης ή να απορροφάται κατά τη διάρκεια μιας ενδοθερμικής ενέργειας κατά τη μέτρηση της μάζας πριν και μετά την αντίδραση. Ορισμένες ενώσεις μπορεί να αλλάξουν κατάσταση και μερικά αέρια μπορεί να παράγονται από στερεά και υγρά, αλλά η μόνη παράμετρος σπουδαιότητας είναι η συνολική μάζα όλων των εμπλεκόμενων ενώσεων. Πρέπει να παραμείνει το ίδιο.

Το γεγονός ότι ένα ημερολόγιο ζυγίζει λιγότερο μετά το κάψιμο ήταν κάτι μυστήριο μέχρι οι επιστήμονες να καταλάβουν την αρχή της διατήρησης της μάζας. Δεδομένου ότι η μάζα δεν μπορεί να χαθεί, πρέπει να μετατραπεί σε άλλη μορφή, και αυτό συμβαίνει. Κατά τη διάρκεια της καύσης, το ξύλο συνδυάζεται με οξυγόνο για την παραγωγή άνθρακα και αιθάλης και εκπέμπει αέρια όπως διοξείδιο του άνθρακα και μονοξείδιο του άνθρακα. Μπορείτε να υπολογίσετε τη συνολική μάζα αυτών των αερίων ζυγίζοντας το ημερολόγιο πριν από την καύση και τα προϊόντα στερεού άνθρακα που απομένουν μετά την πυρκαγιά. Η διαφορά σε αυτά τα βάρη πρέπει να ισούται με το συνολικό βάρος των αερίων που ανεβαίνουν στην καμινάδα. Αυτή είναι η βασική ιδέα πίσω από τη λύση κάθε διατήρησης των προβλημάτων μάζας.

Μια ισορροπημένη χημική εξίσωση είναι αυτή που δείχνει ότι τα άτομα, όπως η μάζα γενικά, δεν δημιουργούνται ούτε καταστρέφονται κατά τη διάρκεια της αντίδρασης, την οποία περιγράφει μια εξίσωση. Η εξισορρόπηση μιας εξίσωσης αντίδρασης είναι ένας τρόπος επίλυσης ενός προβλήματος διατήρησης της μάζας. Για να το κάνετε αυτό, αναγνωρίζετε ότι και οι δύο πλευρές της εξίσωσης περιέχουν τον ίδιο αριθμό ατόμων κάθε στοιχείου που εμπλέκεται στην αντίδραση.

Για παράδειγμα, η μη ισορροπημένη εξίσωση για το σχηματισμό σκουριάς, που είναι ένας συνδυασμός σιδήρου με οξυγόνου για την παραγωγή οξειδίου του σιδήρου, μοιάζει με αυτό:

Fe + Ο₂ -> Φε₂Ο₃

Αυτή η εξίσωση δεν είναι ισορροπημένη επειδή οι δύο πλευρές περιέχουν διαφορετικούς αριθμούς ατόμων σιδήρου και οξυγόνου. Για να το εξισορροπήσετε, πολλαπλασιάστε κάθε ένα από τα αντιδραστήρια και τα προϊόντα με έναν συντελεστή που παράγει τον ίδιο αριθμό ατόμων κάθε στοιχείου και στις δύο πλευρές:

4Fe + 3O₂ -> 2Fe₂2Ο₃

Σημειώστε ότι ο αριθμός των ατόμων σε μια ένωση, που αντιπροσωπεύεται από τους δείκτες σε χημικό τύπο, δεν αλλάζει ποτέ. Μπορείτε να εξισορροπήσετε μια εξίσωση τροποποιώντας μόνο τους συντελεστές.

Δεν χρειάζεται απαραίτητα να γνωρίζετε τη χημική εξίσωση για μια αντίδραση προς επίλυση για τη διατήρηση της μάζας. Για παράδειγμα, εάν διαλύσετε δύο ή περισσότερες ενώσεις σε νερό, γνωρίζετε ότι οι μάζες των συστατικών πρέπει να ισούνται με τη συνολική μάζα του διαλύματος. Ως παράδειγμα για το πώς αυτό μπορεί να είναι χρήσιμο, σκεφτείτε έναν μαθητή που ζυγίζει συγκεκριμένα βάρη δύο ενώσεων για προσθήκη σε μια γνωστή ποσότητα νερού και έπειτα χύνει μια μικρή ποσότητα μιας από τις ενώσεις ενώ το μεταφέρει στο λύση. Ζυγίζοντας την τελική λύση, ο μαθητής μπορεί να καταλάβει ακριβώς πόσο χάθηκε η ένωση.

Εάν ορισμένα αντιδραστήρια συνδυάζονται για να παράγουν γνωστά προϊόντα και είναι γνωστή η ισορροπημένη εξίσωση της αντίδρασης, Είναι δυνατόν να υπολογιστεί η ελλείπουσα μάζα ενός από τα αντιδραστήρια ή τα προϊόντα, εάν είναι όλα τα υπόλοιπα γνωστός. Για παράδειγμα, το τετραχλωράνθρακα και το βρώμιο συνδυάζονται για να σχηματίσουν διβρωμοδιχλωρομεθάνιο και αέριο χλώριο. Η ισορροπημένη εξίσωση για αυτήν την αντίδραση είναι:

CCl₄ + Br₂ -> CBr₂Κλ₂ + Cl2

Εάν γνωρίζετε τις μάζες καθενός από τα αντιδραστήρια και μπορείτε να μετρήσετε τη μάζα ενός από τα προϊόντα, μπορείτε να υπολογίσετε τη μάζα του άλλου προϊόντος. Ομοίως, εάν μετράτε τις μάζες των προϊόντων και ένα από τα αντιδραστήρια, γνωρίζετε αμέσως τη μάζα του άλλου αντιδραστηρίου.

Ένας μαθητής συνδυάζει 154 γραμμάρια τετραχλωράνθρακα και μια άγνωστη ποσότητα βρωμίου σε ένα σφραγισμένο δοχείο για να παράγει 243 γραμμάρια διβρωμοδιχλωρομεθανίου και 71 γραμμάρια χλωρίου. Πόσο χλώριο χρησιμοποιήθηκε στην αντίδραση, υποθέτοντας ότι τα αντιδραστήρια χρησιμοποιούνται πλήρως u__p;

Δεδομένου ότι η μάζα διατηρείται, μπορούμε να δημιουργήσουμε μια ισότητα στην οποία το x αντιπροσωπεύει την άγνωστη ποσότητα βρωμίου:

154g + x = 243g + 71g

x = η μάζα του βρωμίου που καταναλώνεται στην αντίδραση = 150 γραμμάρια