Comment résoudre les problèmes de loi de conservation des masses

La loi de conservation de la masse a révolutionné l'étude de la chimie et est l'un de ses principes les plus importants. Bien que découverte par plusieurs chercheurs, sa formulation est le plus souvent attribuée au scientifique français Antoine Lavoisier et porte parfois son nom. La loi est simple: les atomes dans un système fermé ne peuvent être ni créés ni détruits. Dans une réaction ou une série de réactions, la masse totale des réactifs doit être égale à la masse totale des produits. En termes de masse, la flèche dans une équation de réaction devient un signe égal, ce qui est d'une grande aide lorsqu'il s'agit de suivre les quantités de composés dans une réaction complexe.

TL; DR (trop long; n'a pas lu)

L'équilibrage des équations chimiques reconnaît que les deux côtés de l'équation doivent contenir le même nombre d'atomes de chaque élément, c'est donc une façon de résoudre la conservation de la masse. Vous pouvez également utiliser la conservation de la masse pour trouver les masses de solutés dans une solution.

Aucune matière ne peut entrer ou sortir d'un système fermé, mais l'énergie peut passer librement. La température à l'intérieur d'un système fermé peut changer et un système fermé peut être irradié par des rayons X ou des micro-ondes. Vous n'avez pas à considérer l'énergie dégagée lors d'une réaction exothermique ou absorbée lors d'une réaction endothermique lors de la mesure de la masse avant et après la réaction. Certains composés peuvent changer d'état et certains gaz peuvent être produits à partir de solides et de liquides, mais le seul paramètre d'importance est la masse totale de tous les composés impliqués. Il doit rester le même.

Le fait qu'une bûche pèse moins après avoir brûlé était un mystère jusqu'à ce que les scientifiques comprennent le principe de conservation de la masse. Puisque la masse ne peut pas être perdue, elle doit se transformer en une autre forme, et c'est ce qui arrive. Lors de la combustion, le bois se combine avec l'oxygène pour produire du charbon de bois et de la suie, et il dégage des gaz tels que le dioxyde de carbone et le monoxyde de carbone. Vous pouvez calculer la masse totale de ces gaz en pesant la bûche avant la combustion et les produits de carbone solide restant après l'extinction du feu. La différence de ces poids doit être égale aux poids totaux des gaz qui montent dans la cheminée. C'est l'idée de base derrière la solution de tous les problèmes de conservation de masse.

Une équation chimique équilibrée est celle qui démontre que les atomes, comme la masse en général, ne sont ni créés ni détruits au cours de la réaction, qu'une équation décrit. Équilibrer une équation de réaction est une façon de résoudre un problème de conservation de la masse. Pour ce faire, vous reconnaissez que les deux côtés de l'équation contiennent le même nombre d'atomes de chaque élément impliqué dans la réaction.

Par exemple, l'équation déséquilibrée pour la formation de rouille, qui est une combinaison de fer et d'oxygène pour produire de l'oxyde de fer, ressemble à ceci :

Fe + O₂ --> Fe₂O₃

Cette équation n'est pas équilibrée car les deux côtés contiennent des nombres différents d'atomes de fer et d'oxygène. Pour l'équilibrer, multipliez chacun des réactifs et des produits par un coefficient qui produit le même nombre d'atomes de chaque élément des deux côtés :

4Fe + 3O₂ --> 2Fe₂2O₃

Notez que le nombre d'atomes dans un composé, représenté par les indices dans une formule chimique, ne change jamais. Vous ne pouvez équilibrer une équation qu'en modifiant des coefficients.

Vous n'avez pas nécessairement besoin de connaître l'équation chimique pour une réaction à résoudre pour la conservation de la masse. Par exemple, si vous dissolvez deux composés ou plus dans l'eau, vous savez que les masses des ingrédients doivent être égales à la masse totale de la solution. Comme exemple de la façon dont cela peut être utile, considérons un élève qui pèse des poids particuliers de deux composés pour ajouter à une quantité connue d'eau, puis renverse une petite quantité de l'un des composés tout en le transférant dans le solution. En pesant la solution finale, l'élève peut déterminer exactement quelle quantité de composé a été perdue.

Si certains réactifs se combinent pour produire des produits connus et que l'équation équilibrée de la réaction est connue, il est possible de calculer la masse manquante d'un des réactifs ou produits si tous les autres sont connu. Par exemple, le tétrachlorure de carbone et le brome se combinent pour former du dibromodichlorméthane et du chlore gazeux. L'équation équilibrée de cette réaction est :

CCl₄ + Br₂ --> CBr₂Cl₂ + Cl2

Si vous connaissez les masses de chacun des réactifs et pouvez mesurer la masse de l'un des produits, vous pouvez calculer la masse de l'autre produit. De même, si vous mesurez les masses des produits et de l'un des réactifs, vous connaissez immédiatement la masse de l'autre réactif.

Un élève combine 154 grammes de tétrachlorure de carbone et une quantité inconnue de brome dans un récipient scellé pour produire 243 grammes de dibromodichlorméthane et 71 grammes de chlore. Quelle quantité de chlore a été utilisée dans la réaction, en supposant que les réactifs sont complètement utilisés u__p ?

La masse étant conservée, on peut établir une égalité dans laquelle x représente la quantité inconnue de brome :

154g + x = 243g + 71g

x = la masse de brome consommée dans la réaction = 150 grammes