Cómo resolver problemas de la ley de conservación de masas

La Ley de Conservación de la Masa revolucionó el estudio de la química y es uno de sus principios más importantes. Aunque descubierto por varios investigadores, su formulación se atribuye con mayor frecuencia al científico francés Antoine Lavoisier y, a veces, lleva su nombre. La ley es simple: los átomos en un sistema cerrado no se pueden crear ni destruir. En una reacción o serie de reacciones, la masa total de los reactivos debe ser igual a la masa total de los productos. En términos de masa, la flecha en una ecuación de reacción se convierte en un signo igual, lo cual es de gran ayuda cuando se trata de realizar un seguimiento de las cantidades de compuestos en una reacción compleja.

TL; DR (demasiado largo; No leí)

Equilibrar ecuaciones químicas reconoce que ambos lados de la ecuación deben contener el mismo número de átomos de cada elemento, por lo que es una forma de resolver la conservación de la masa. También puede usar la conservación de masa para encontrar las masas de solutos en una solución.

No hay materia que pueda entrar o escapar de un sistema cerrado, pero la energía puede pasar libremente. La temperatura dentro de un sistema cerrado puede cambiar y un sistema cerrado puede irradiarse con rayos X o microondas. No es necesario considerar la energía emitida durante una reacción exotérmica o absorbida durante una endotérmica al medir la masa antes y después de la reacción. Algunos compuestos pueden cambiar de estado y algunos gases pueden producirse a partir de sólidos y líquidos, pero el único parámetro de importancia es la masa total de todos los compuestos involucrados. Debe permanecer igual.

El hecho de que un tronco pese menos después de quemarse era un misterio hasta que los científicos entendieron el principio de conservación de la masa. Dado que la masa no se puede perder, debe transformarse en otra forma, y ​​eso es lo que sucede. Durante la combustión, la madera se combina con el oxígeno para producir carbón vegetal y hollín, y emite gases como dióxido de carbono y monóxido de carbono. Puede calcular la masa total de estos gases pesando el tronco antes de quemar y los productos de carbono sólido que quedan después de que se apaga el fuego. La diferencia de estos pesos debe ser igual a los pesos totales de los gases que suben por la chimenea. Ésta es la idea básica detrás de la solución de todos los problemas de conservación de masas.

Una ecuación química equilibrada es aquella que demuestra que los átomos, como la masa en general, no se crean ni se destruyen durante la reacción, que describe una ecuación. Equilibrar una ecuación de reacción es una forma de resolver un problema de conservación de masa. Para hacer esto, reconoce que ambos lados de la ecuación contienen el mismo número de átomos de cada elemento involucrado en la reacción.

Por ejemplo, la ecuación desequilibrada para la formación de óxido, que es una combinación de hierro con oxígeno para producir óxido de hierro, se ve así:

Fe + O₂ -> Fe₂O₃

Esta ecuación no está equilibrada porque los dos lados contienen diferentes números de átomos de hierro y oxígeno. Para equilibrarlo, multiplique cada uno de los reactivos y los productos por un coeficiente que produzca el mismo número de átomos de cada elemento en ambos lados:

4Fe + 3O₂ -> 2Fe₂2O₃

Tenga en cuenta que el número de átomos en un compuesto, representado por los subíndices en una fórmula química, nunca cambia. Solo puede equilibrar una ecuación modificando los coeficientes.

No es necesario que conozca la ecuación química de una reacción para resolver la conservación de la masa. Por ejemplo, si disuelve dos o más compuestos en agua, sabe que las masas de los ingredientes deben ser iguales a la masa total de la solución. Como ejemplo de cómo esto puede ser útil, considere a un estudiante que pesa pesos particulares de dos compuestos para sumar a una cantidad conocida de agua y luego derrama una pequeña cantidad de uno de los compuestos mientras lo transfiere al solución. Al sopesar la solución final, el estudiante puede calcular exactamente cuánto del compuesto se perdió.

Si ciertos reactivos se combinan para producir productos conocidos y se conoce la ecuación balanceada de la reacción, es posible calcular la masa faltante de uno de los reactivos o productos si todos los demás son conocido. Por ejemplo, el tetracloruro de carbono y el bromo se combinan para formar dibromodiclorometano y cloro gaseoso. La ecuación balanceada para esta reacción es:

CCl₄ + Br₂ -> CBr₂Cl₂ + Cl2

Si conoce las masas de cada uno de los reactivos y puede medir la masa de uno de los productos, puede calcular la masa del otro producto. De manera similar, si mide las masas de los productos y uno de los reactivos, inmediatamente conoce la masa del otro reactivo.

Un estudiante combina 154 gramos de tetracloruro de carbono y una cantidad desconocida de bromo en un recipiente sellado para producir 243 gramos de dibromodiclorometano y 71 gramos de cloro. ¿Cuánto cloro se usó en la reacción, asumiendo que los reactivos se usan completamente u__p?

Dado que la masa se conserva, podemos establecer una igualdad en la que x representa la cantidad desconocida de bromo:

154 g + x = 243 g + 71 g

x = la masa de bromo consumida en la reacción = 150 gramos