Kuidas lahendada massiprobleemide säilitamise seadust

Massikaitse seadus muutis keemiaõppe revolutsiooniliselt ja on selle üks olulisemaid põhimõtteid. Kuigi selle avastasid mitmed teadlased, omistatakse selle sõnastus kõige sagedamini prantsuse teadlasele Antoine Lavoisierile ja mõnikord nimetatakse seda ka tema järgi. Seadus on lihtne: suletud süsteemis olevaid aatomeid ei saa luua ega hävitada. Reaktsioonis või reaktsioonide seerias peab reagentide kogumass olema võrdne saaduste kogumassiga. Massi osas muutub reaktsioonivõrrandi nool võrdusmärgiks, mis on suureks abiks keeruka reaktsiooni korral ühendite koguste jälgimisel.

TL; DR (liiga pikk; Ei lugenud)

Tasakaalustavad keemilised võrrandid tunnistavad, et võrrandi mõlemad pooled peavad sisaldama iga elemendi sama arvu aatomeid, seega on see üks viis massi säilitamiseks lahendada. Lahuse lahustunud ainete masside leidmiseks võite kasutada ka massi säilitamist.

Ükski asi ei pääse suletud süsteemi ega pääse sellest, kuid energia võib vabalt edasi minna. Suletud süsteemi temperatuur võib muutuda ja suletud süsteemi saab kiiritada röntgenikiirte või mikrolainete abil. Enne ja pärast reaktsiooni massi mõõtmisel ei pea te arvestama eksotermilise reaktsiooni käigus eraldatud või endotermilise reaktsiooni käigus neeldunud energiaga. Mõned ühendid võivad muuta olekut ja mõned gaasid võivad tekkida tahketest ja vedelatest ainetest, kuid ainus oluline parameeter on kõigi ühendite kogumass. See peab jääma samaks.

See, et palk kaalub pärast põletamist vähem, oli midagi mõistatuslikku, kuni teadlased mõistsid massi säilitamise põhimõtet. Kuna massi ei saa kaotada, peab see muunduma teiseks vormiks ja nii see juhtub. Põlemisel ühendub puit süsiniku ja tahmaga hapnikuga ning eraldab gaase nagu süsinikdioksiid ja süsinikmonooksiid. Nende gaaside kogumassi saate arvutada, kaaludes enne põletamist palki ja pärast tule kustumist järelejäänud tahkeid süsinikuprodukte. Nende kaalude erinevus peab olema võrdne korstnasse suunduvate gaaside kogumassiga. See on kogu massiprobleemide säilitamise lahenduse põhiidee.

Tasakaalustatud keemiline võrrand näitab, et aatomeid, nagu ka massi üldiselt, ei teki ega hävitata reaktsiooni käigus, mida võrrand kirjeldab. Reaktsioonivõrrandi tasakaalustamine on üks viis massiprobleemi lahendamise lahendamiseks. Selleks mõistate, et võrrandi mõlemad pooled sisaldavad sama palju aatomeid kõigis reaktsioonis osalevates elementides.

Näiteks rooste tekke tasakaalustamata võrrand, mis on raua ja hapniku kombinatsioon raudoksiidi tootmiseks, näeb välja selline:

Fe + O₂ -> Fe₂O₃

See võrrand pole tasakaalus, kuna mõlemad pooled sisaldavad erinevat arvu raua ja hapniku aatomeid. Selle tasakaalustamiseks korrutage kõik reaktiivid ja saadused koefitsiendiga, mis tekitab mõlemal küljel sama arvu aatomeid:

4Fe + 3O₂ -> 2Fe₂2O₃

Pange tähele, et ühendi aatomite arv, mida tähistab keemilises valemis olevad indeksid, ei muutu kunagi. Võrrandit saab tasakaalustada ainult koefitsientide muutmisega.

Massi säilitamiseks ei pea reaktsiooni lahendamiseks tingimata teadma keemilist võrrandit. Näiteks kui lahustate vees kaks või enam ühendit, teate, et koostisosade mass peab olema võrdne lahuse kogumassiga. Näiteks, kui see võib olla kasulik, kaaluge õpilast, kes kaalub kahe lisatava ühendi konkreetse kaalu teadaolevale kogusele vett ja seejärel valatakse väike kogus ühte ühendit, viies see samal ajal vette lahendus. Kaaludes lõpliku lahenduse, saab õpilane täpselt teada, kui palju ühendit kadus.

Kui teatud reaktiivid ühendavad teadaolevaid saadusi ja reaktsiooni tasakaalustatud võrrand on teada, on võimalik arvutada ühe reaktiivi või toote puuduv mass, kui kõik ülejäänud on teatud. Näiteks moodustavad süsiniktetrakloriid ja broom kokku dibromodiklorormetaani ja kloorgaasi. Selle reaktsiooni tasakaalustatud võrrand on:

CCl₄ + Br₂ -> CBr₂Cl₂ + Cl2

Kui teate iga reagendi massi ja oskate mõõta ühe toote massi, saate arvutada teise toote massi. Samamoodi, kui mõõdate toodete ja ühe reagendi massi, teate kohe ka teise reagendi massi.

Õpilane ühendab suletud anumas 154 grammi süsiniktetrakloriidi ja tundmatu koguse broomi, saades 243 grammi dibromodiklorometaani ja 71 grammi kloori. Kui palju kloori reaktsioonis kasutati, eeldades, et reaktiivid on täielikult kasutatud u__p?

Kuna mass on säilinud, saame luua võrdsuse, milles x tähistab tundmatut broomikogust:

154g + x = 243g + 71g

x = reaktsioonis kulutatud broomi mass = 150 grammi