質量保存の法則は化学の研究に革命をもたらし、その最も重要な原則の1つです。 複数の研究者によって発見されましたが、その定式化はほとんどの場合、フランスの科学者アントワーヌラヴォワジエに起因し、彼にちなんで名付けられることもあります。 法則は単純です。閉鎖系の原子は作成も破壊もできません。 反応または一連の反応では、反応物の総質量は生成物の総質量と等しくなければなりません。 質量に関しては、反応方程式の矢印は等号になります。これは、複雑な反応における化合物の量を追跡する場合に非常に役立ちます。
TL; DR（長すぎる; 読んでいない）
化学反応式のバランスをとることは、方程式の両側に各元素の同じ数の原子が含まれている必要があることを認識しているため、質量保存の法則を解く1つの方法です。 質量保存の法則を使用して、溶液中の溶質の質量を見つけることもできます。
閉鎖系
閉鎖系に出入りすることはできますが、エネルギーは自由に通過できます。 閉鎖系内の温度は変化する可能性があり、閉鎖系はX線またはマイクロ波で照射される可能性があります。 反応前後の質量を測定する際に、発熱反応中に放出されるエネルギーや吸熱反応中に吸収されるエネルギーを考慮する必要はありません。 一部の化合物は状態が変化する場合があり、一部のガスは固体と液体から生成される場合がありますが、重要な唯一のパラメータは、関与するすべての化合物の総質量です。 それは同じままでなければなりません。
燃焼ログ
科学者が質量保存の法則を理解するまで、丸太が燃えた後の重量が軽くなるという事実は、謎のようなものでした。 質量は失われないので、別の形に変形する必要があり、それが起こります。 燃焼中、木材は酸素と結合して木炭や煤を生成し、二酸化炭素や一酸化炭素などのガスを放出します。 これらのガスの総質量は、燃焼前の丸太と、火が消えた後に残っている固体炭素生成物を計量することで計算できます。 これらの重量の差は、煙突を上るガスの総重量と等しくなければなりません。 これは、質量保存の法則のすべての解決の背後にある基本的な考え方です。
化学反応式のバランスをとる
バランスの取れた化学反応式は、一般的な質量のように、原子が反応中に生成も破壊もされないことを示すものであり、方程式はそれを説明しています。 反応方程式のバランスをとることは、質量保存の法則の問題を解決する1つの方法です。 これを行うには、方程式の両辺に、反応に関与する各元素の同じ数の原子が含まれていることを認識します。
たとえば、鉄と酸素を組み合わせて酸化鉄を生成する錆形成の不均衡な方程式は、次のようになります。
Fe + O2 -> Fe2O3
両側に含まれる鉄原子と酸素原子の数が異なるため、この方程式はバランスが取れていません。 バランスをとるには、反応物と生成物のそれぞれに、両側の各元素の原子数が同じになる係数を掛けます。
4Fe + 3O2 -> 2Fe22O3
化学式の下付き文字で表される化合物の原子数は決して変化しないことに注意してください。 係数を変更することによってのみ、方程式のバランスをとることができます。
溶質と溶液
質量保存の法則を解くために、反応の化学反応式を必ずしも知っている必要はありません。 たとえば、2つ以上の化合物を水に溶解する場合、成分の質量は溶液の総質量と等しくなければならないことがわかります。 これがどのように役立つかの一例として、2つの化合物の特定の重量を計量して追加する学生を考えてみましょう。 既知の量の水に移し、次に化合物の1つを少量こぼします。 解決。 最終的な解決策を計量することにより、学生は化合物のどれだけが失われたかを正確に把握することができます。
化学反応における質量保存
特定の反応物が結合して既知の生成物を生成し、反応の平衡方程式が既知である場合、 他のすべてがそうである場合、反応物または生成物の1つの欠落質量を計算することが可能です。 知られています。 たとえば、四塩化炭素と臭素が結合して、ジブロモジクロルメタンと塩素ガスを形成します。 この反応のバランスの取れた方程式は次のとおりです。
CCl4 + Br2 -> CBr2Cl2 + Cl2
各反応物の質量がわかっていて、一方の生成物の質量を測定できる場合は、もう一方の生成物の質量を計算できます。 同様に、生成物と反応物の1つの質量を測定すると、他の反応物の質量がすぐにわかります。
例
学生は、密閉容器内で154グラムの四塩化炭素と未知の量の臭素を組み合わせて、243グラムのジブロモジクロルメタンと71グラムの塩素を生成します。 反応物が完全に使用されていると仮定すると、反応にどのくらいの塩素が使用されましたか？
質量が保存されているので、xが未知の量の臭素を表す等式を設定できます。
154g + x = 243g + 71g
x =反応で消費される臭素の質量= 150グラム