Hogyan lehet megoldani a tömegproblémák megőrzésének törvényét

A tömegmegőrzés törvénye forradalmasította a kémia tanulmányozását, és az egyik legfontosabb alapelve. Bár több kutató fedezte fel, megfogalmazását leggyakrabban Antoine Lavoisier francia tudósnak tulajdonítják, és néha róla nevezik el. A törvény egyszerű: Az atomok zárt rendszerben nem hozhatók létre és nem semmisíthetők meg. Egy reakcióban vagy reakciósorozatban a reagensek teljes tömegének meg kell egyeznie a termékek teljes tömegével. Tömegét tekintve a reakcióegyenlet nyílja egyenlőséggé válik, ami nagy segítség, ha egy összetett reakcióban követni kell a vegyületek mennyiségét.

TL; DR (túl hosszú; Nem olvastam)

A kémiai egyenletek kiegyensúlyozása felismeri, hogy az egyenlet mindkét oldalának ugyanannyi atomot kell tartalmaznia az egyes elemekből, így ez a tömegmegőrzés egyik módja. Használhatja a tömegmegőrzést az oldott anyag tömegének megtalálásához is.

Bármelyik beléphet vagy elmenhet egy zárt rendszerből, de az energia szabadon haladhat. A zárt rendszer belsejében a hőmérséklet változhat, a zárt rendszert pedig röntgensugarak vagy mikrohullámok sugározhatják be. Nem kell figyelembe venni az exoterm reakció során leadott vagy az endoterm reakció során elnyelt energiát a tömeg mérésekor a reakció előtt és után. Egyes vegyületek megváltoztathatják az állapotukat, és egyes gázok szilárd anyagokból és folyadékokból képződhetnek, de az egyetlen fontos paraméter az összes vegyület összes tömege. Ugyanannak kell maradnia.

Az a tény, hogy egy rönk súlya égés után kevesebb, addig rejtély volt, amíg a tudósok nem értették meg a tömeg megőrzésének elvét. Mivel a tömeg nem veszhet el, ennek egy másik formává kell átalakulnia, és ez történik. Az égés során a fa oxigénnel kombinálva szén és korom keletkezik, és olyan gázokat bocsát ki, mint szén-dioxid és szén-monoxid. Kiszámíthatja ezeknek a gázoknak a teljes tömegét úgy, hogy megmérik az égést megelőző naplót és a tűzoltás után megmaradt szilárd széntermékeket. Ezeknek a súlyoknak a különbségének meg kell egyeznie a kéményen felfelé haladó gázok teljes tömegével. Ez a tömegproblémák megőrzésének alapgondolata.

Kiegyensúlyozott kémiai egyenlet bizonyítja, hogy az atomok, mint általában a tömeg, sem a reakció során nem keletkeznek, sem nem pusztulnak el, amit egy egyenlet leír. A reakcióegyenlet kiegyensúlyozása a tömegprobléma megoldásának egyik módja. Ehhez felismeri, hogy az egyenlet mindkét oldala azonos számú atomot tartalmaz a reakcióban részt vevő minden elemnél.

Például a rozsda képződésének kiegyensúlyozatlan egyenlete, amely a vas és az oxigén kombinációja a vasoxid előállításához, így néz ki:

Fe + O₂ -> Fe₂O₃

Ez az egyenlet nem kiegyensúlyozott, mert a két oldal különböző számú vas- és oxigénatomot tartalmaz. Az egyensúly megteremtése érdekében szorozzuk meg a reaktánsokat és a termékeket egy olyan együtthatóval, amely mindkét oldalon azonos számú atomot állít elő mindkét oldalon:

4Fe + 3O₂ -> 2Fe₂2O₃

Ne feledje, hogy a vegyületekben az atomok száma, amelyet a kémiai képletben az előfizetők jelentenek, soha nem változik. Egyenletet csak az együtthatók módosításával lehet egyensúlyban tartani.

A tömeg megőrzése érdekében nem feltétlenül kell ismernie a reakció kémiai egyenletét. Például, ha két vagy több vegyületet old fel vízben, akkor tudja, hogy az összetevők tömegének meg kell egyeznie az oldat teljes tömegével. Példaként említsünk egy tanulót, aki két vegyület külön súlyát mérte fel ismert mennyiségű vízbe, majd kis mennyiségben kiönti az egyik vegyületet, miközben átviszi a megoldás. A végső megoldás mérlegelésével a hallgató kitalálja, hogy a vegyület mekkora részét veszítette el.

Ha egyes reagensek egyesülnek ismert termékek előállítására, és a reakció kiegyensúlyozott egyenlete ismert, kiszámítható az egyik reaktáns vagy termék hiányzó tömege, ha az összes többi igen ismert. Például a szén-tetraklorid és a bróm dibromodiklór-metánból és klórgázból áll össze. A reakció kiegyensúlyozott egyenlete a következő:

CCl₄ + Br₂ -> CBr₂Cl₂ + Cl2

Ha ismeri az egyes reagensek tömegét és meg tudja mérni az egyik termék tömegét, akkor kiszámíthatja a másik termék tömegét. Hasonlóképpen, ha megmérjük a termékek tömegét és az egyik reagenst, azonnal ismerjük a másik reagens tömegét.

Egy hallgató 154 gramm szén-tetrakloridot és ismeretlen mennyiségű brómot egyesít zárt edényben, így 243 gramm dibromdiklór-metánt és 71 gramm klórt kap. Mennyi klórt használtak a reakcióban, feltéve, hogy a reagenseket teljesen felhasználták u__p?

Mivel a tömeg konzerválódott, beállíthatunk egy egyenlőséget, amelyben x az ismeretlen brómmennyiséget jelenti:

154g + x = 243g + 71g

x = a reakcióban elfogyasztott bróm tömege = 150 gramm