Kako riješiti zakon očuvanja masovnih problema

Zakon o očuvanju mase revolucionirao je proučavanje kemije i jedan je od njegovih najvažnijih principa. Iako su je otkrili više istraživača, njegova se formulacija najčešće pripisuje francuskom znanstveniku Antoineu Lavoisieru, a ponekad je nazvana po njemu. Zakon je jednostavan: atomi u zatvorenom sustavu ne mogu se stvoriti niti uništiti. U reakciji ili nizu reakcija, ukupna masa reaktanata mora biti jednaka ukupnoj masi proizvoda. Što se tiče mase, strelica u jednadžbi reakcije postaje znak jednakosti, što je velika pomoć kada je u pitanju praćenje količina spojeva u složenoj reakciji.

TL; DR (predugo; Nisam pročitao)

Balansiranje kemijskih jednadžbi prepoznaje da obje strane jednadžbe moraju sadržavati jednak broj atoma svakog elementa, pa je to jedan od načina za rješavanje očuvanja mase. Također možete koristiti očuvanje mase za pronalaženje masa otopljenih tvari u otopini.

Materija ne može ući ili izaći iz zatvorenog sustava, ali energija može slobodno prolaziti. Temperatura unutar zatvorenog sustava može se mijenjati, a zatvoreni sustav može se ozračiti X-zrakama ili mikrovalnim pećnicama. Ne morate uzimati u obzir energiju koja se daje tijekom egzotermne reakcije ili apsorbira tijekom endotermne energije pri mjerenju mase prije i nakon reakcije. Neki spojevi mogu promijeniti stanje, a neki plinovi mogu se proizvoditi iz krutina i tekućina, ali jedini važan parametar je ukupna masa svih uključenih spojeva. To mora ostati isto.

Činjenica da cjepanica teži manje nakon što izgori bila je zagonetka sve dok znanstvenici nisu shvatili princip očuvanja mase. Budući da se masa ne može izgubiti, ona se mora transformirati u drugi oblik, i to se događa. Tijekom izgaranja drvo se kombinira s kisikom dajući ugljen i čađu te odaje plinove poput ugljičnog dioksida i ugljičnog monoksida. Ukupnu masu tih plinova možete izračunati vaganjem cjepanice prije izgaranja i čvrstih ugljikovih proizvoda koji ostaju nakon gašenja požara. Razlika u tim težinama mora biti jednaka ukupnoj težini plinova koji idu uz dimnjak. To je osnovna ideja koja stoji iza rješenja svih problema očuvanja mase.

Uravnotežena kemijska jednadžba je ona koja pokazuje da se atomi, poput mase uopće, niti stvaraju niti uništavaju tijekom reakcije, što jednadžba opisuje. Uravnoteženje jednadžbe reakcije jedan je od načina rješavanja problema očuvanja mase. Da biste to učinili, prepoznajete da obje strane jednadžbe sadrže jednak broj atoma svakog elementa koji sudjeluje u reakciji.

Na primjer, neuravnotežena jednadžba za stvaranje hrđe, koja je kombinacija željeza i kisika za proizvodnju željezovog oksida, izgleda ovako:

Fe + O₂ -> Fe₂O₃

Ova jednadžba nije uravnotežena jer dvije strane sadrže različit broj atoma željeza i kisika. Da biste je uravnotežili, pomnožite svaki od reaktanata i proizvoda s koeficijentom koji daje jednak broj atoma svakog elementa s obje strane:

4Fe + 3O₂ -> 2Fe₂2O₃

Imajte na umu da se broj atoma u spoju, predstavljen indeksima u kemijskoj formuli, nikada ne mijenja. Jednadžbu možete uravnotežiti samo modificiranjem koeficijenata.

Ne morate nužno znati kemijsku jednadžbu da bi se neka reakcija riješila za očuvanje mase. Na primjer, ako otopite dva ili više spojeva u vodi, znate da mase sastojaka moraju biti jednake ukupnoj masi otopine. Kao primjer kako ovo može biti korisno, razmotrite učenika koji vaga određene težine dvaju spojeva koji će se dodati u poznatu količinu vode, a zatim prolijeva malu količinu jednog od spojeva dok je prebacuje u riješenje. Vaganjem konačnog rješenja student može točno utvrditi koliko je spoja izgubljeno.

Ako se određeni reaktanti kombiniraju i proizvode poznate proizvode i ako je poznata uravnotežena jednadžba reakcije, moguće je izračunati masu koja nedostaje jednom od reaktanata ili proizvoda ako su svi ostali znan. Na primjer, ugljični tetraklorid i brom kombiniraju se i tvore dibromodiklormetan i plinoviti klor. Uravnotežena jednadžba za ovu reakciju je:

CCl₄ + Br₂ -> CBr₂Kl₂ + Cl2

Ako znate mase svakog od reaktanata i možete izmjeriti masu jednog od proizvoda, možete izračunati masu drugog proizvoda. Slično tome, ako izmjerite mase proizvoda i jednog od reaktanata, odmah znate masu drugog reaktanta.

Student kombinira 154 grama ugljičnog tetraklorida i nepoznatu količinu broma u zatvorenoj posudi kako bi proizveo 243 grama dibromodiklormetana i 71 grama klora. Koliko je klora upotrijebljeno u reakciji, pod pretpostavkom da se reaktanti u potpunosti koriste u__p?

Budući da je masa sačuvana, možemo postaviti jednakost u kojoj x predstavlja nepoznatu količinu broma:

154g + x = 243g + 71g

x = masa broma utrošenog u reakciji = 150 grama