כיצד לפתור חוק שימור בעיות המוניות

חוק שימור המסה חולל מהפכה בחקר הכימיה והוא אחד העקרונות החשובים ביותר שלו. למרות שהתגלה על ידי חוקרים מרובים, ניסוחו מיוחס לרוב למדען הצרפתי אנטואן לבואזיה ולעיתים נקרא על שמו. החוק פשוט: לא ניתן ליצור ולא להרוס אטומים במערכת סגורה. בתגובה או בסדרת תגובות, המסה הכוללת של המגיבים חייבת להיות שווה למסה הכוללת של המוצרים. מבחינת מסה, החץ במשוואת תגובה הופך לסימן שווה, וזה עוזר מאוד בכל הקשור למעקב אחר כמויות התרכובות בתגובה מורכבת.

TL; DR (ארוך מדי; לא קרא)

איזון משוואות כימיות מכיר בכך ששני צידי המשוואה חייבים להכיל את אותו מספר אטומים של כל יסוד, ולכן זו דרך אחת לפתור לשימור המסה. אתה יכול גם להשתמש בשימור המסה כדי למצוא את המוני המומסים בתמיסה.

לא משנה יכול להיכנס או לברוח ממערכת סגורה, אך אנרגיה עשויה לעבור בחופשיות. הטמפרטורה בתוך מערכת סגורה יכולה להשתנות, ומערכת סגורה יכולה להיות מוקרנת באמצעות צילומי רנטגן או מיקרוגל. אינך צריך לקחת בחשבון את האנרגיה המופקת במהלך תגובה אקסותרמית או נספגת במהלך אנדותרמי בעת מדידת המסה לפני ואחרי התגובה. תרכובות מסוימות עשויות לשנות מצב, וחלק מהגזים עשויים להיות מיוצרים ממוצקים ונוזלים, אך הפרמטר היחיד החשוב הוא המסה הכוללת של כל התרכובות המעורבות. זה חייב להישאר זהה.

העובדה כי בולי עץ שוקל פחות לאחר שנשרף הייתה בגדר תעלומה עד שהמדענים הבינו את עיקרון שמירת המסה. מכיוון שלא ניתן לאבד את המסה, היא חייבת להפוך לצורה אחרת, וזה מה שקורה. במהלך הבעירה, העץ משתלב עם חמצן לייצור פחם ופיח, והוא פולט גזים כמו פחמן דו חמצני ופחמן חד חמצני. ניתן לחשב את המסה הכוללת של הגזים הללו על ידי שקילת היומן לפני שריפתם ומוצרי הפחמן המוצק שנותרו לאחר כיבוי האש. ההבדל במשקלים אלה חייב להיות שווה למשקולות הכוללים של הגזים העולים בארובה. זה הרעיון הבסיסי העומד מאחורי הפתרון של כל שימור בעיות המוניות.

משוואה כימית מאוזנת היא זו המדגימה כי אטומים, כמו מסה באופן כללי, אינם נוצרים ולא נהרסים במהלך התגובה, מה שמשוואה מתארת. איזון משוואת תגובה היא דרך לפתור שימור בעיית המונים. לשם כך, אתה מכיר בכך ששני צידי המשוואה מכילים את אותו מספר אטומים של כל יסוד המעורב בתגובה.

לדוגמא, המשוואה הלא מאוזנת ליצירת חלודה, שהיא שילוב של ברזל עם חמצן לייצור תחמוצת ברזל, נראית כך:

Fe + O₂ -> Fe₂או₃

משוואה זו אינה מאוזנת מכיוון ששני הצדדים מכילים מספר שונה של אטומי ברזל וחמצן. כדי לאזן את זה, הכפל כל אחד מהמגיבים והמוצרים במקדם המייצר מספר זהה של אטומים של כל יסוד משני הצדדים:

4Fe + 3O₂ -> 2Fe₂2O₃

שימו לב שמספר האטומים בתרכובת, המיוצג על ידי מנויי הנוסחה הכימית, לעולם אינו משתנה. ניתן לאזן משוואה רק על ידי שינוי מקדמים.

אתה לא בהכרח צריך לדעת את המשוואה הכימית כדי שתגובה תוכל לפתור לשימור המסה. לדוגמא, אם אתה ממיס שניים או יותר תרכובות במים, אתה יודע שמסת החומרים חייבת להיות שווה למסה הכוללת של התמיסה. כדוגמה כיצד זה יכול להיות שימושי, שקול תלמיד השוקל משקולות מסוימות של שתי תרכובות להוסיף לכמות ידועה של מים ואז נשפך כמות קטנה של אחת התרכובות תוך העברתם ל פִּתָרוֹן. על ידי שקלול הפיתרון הסופי, התלמיד יכול להבין בדיוק כמה מהמתחם אבד.

אם מגיבים מסוימים מתאחדים לייצור מוצרים ידועים והמשוואה המאוזנת של התגובה ידועה, אפשר לחשב את המסה החסרה של אחד המגיבים או המוצרים אם כל האחרים הם ידוע. לדוגמא, פחמן טטרכלוריד וברום מתאחדים ויוצרים דיברומודיכלורמטאן וגז כלור. המשוואה המאוזנת לתגובה זו היא:

CCl₄ + בר₂ -> CBr₂קל₂ + Cl2

אם אתה מכיר את המסה של כל אחד מהמגיבים ויכול למדוד את המסה של אחד המוצרים, אתה יכול לחשב את המסה של המוצר האחר. באופן דומה, אם אתה מודד את מסת המוצרים ואת אחד המגיבים, אתה יודע מיד את המסה של המגיב האחר.

סטודנט משלב 154 גרם פחמן טטרכלוריד וכמות לא ידועה של ברום במיכל אטום כדי לייצר 243 גרם דיברומודיכלורמתאן ו -71 גרם כלור. כמה כלור שימש בתגובה, בהנחה שהמגיבים משמשים לחלוטין u__p?

מכיוון שהמסה נשמרת, אנו יכולים לקבוע שוויון בו x מייצג את הכמות הלא ידועה של ברום:

154 גרם + x = 243 גרם + 71 גרם

x = מסת הברום הנצרכת בתגובה = 150 גרם