როგორ გადავჭრათ მასობრივი პრობლემების კონსერვაციის კანონი

მასის შენარჩუნების კანონში რევოლუცია მოხდა ქიმიის შესწავლაში და მისი ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი პრინციპია. მრავალრიცხოვანი მკვლევარების მიერ აღმოჩენილი, მისი ფორმულირება ყველაზე ხშირად ფრანგ მეცნიერს ანტუან ლავუაზიეს მიაწერენ და ზოგჯერ მის სახელს ატარებენ. კანონი მარტივია: დახურულ სისტემაში ატომების შექმნა ან განადგურება შეუძლებელია. რეაქციის ან რეაქციების სერიის დროს, რეაქტივების საერთო მასა უნდა უდრიდეს პროდუქტების საერთო მასას. მასის თვალსაზრისით, ისარი რეაქციის განტოლებაში ხდება ტოლობის ნიშანი, რაც დიდ დახმარებას უწევს რთული რეაქციის დროს ნაერთების რაოდენობის დაკვირვების საკითხს.

TL; DR (ძალიან გრძელია; არ წავიკითხე)

ქიმიური განტოლებების დაბალანსება აცნობიერებს, რომ განტოლების ორივე მხარე უნდა შეიცავდეს თითოეული ელემენტის ერთნაირ რაოდენობის ატომს, ამიტომ ეს მასის შენარჩუნების ერთ – ერთი გზაა. ასევე შეგიძლიათ გამოიყენოთ მასის კონსერვაცია, რომ გამონახსნარში გახსნათ ხსნადი მასების მასები.

მნიშვნელობა არ აქვს დახურულ სისტემაში შესვლას ან გაქცევას, მაგრამ ენერგია თავისუფლად შეიძლება გაიაროს. დახურულ სისტემაში შეიძლება შეიცვალოს ტემპერატურა, ხოლო დახურული სისტემა შეიძლება დასხივდეს რენტგენის ან მიკროტალღური ღუმელების საშუალებით. თქვენ არ უნდა გაითვალისწინოთ ენერგია, რომელიც გამოიყოფა ეგზოთერმული რეაქციის დროს ან შეიწოვება ენდოთერმული მასის დროს, მასის გაზომვისას რეაქციამდე და მის შემდეგ. ზოგიერთმა ნაერთმა შეიძლება შეიცვალოს მდგომარეობა, ხოლო ზოგიერთმა გაზმა შეიძლება წარმოქმნას მყარი და სითხეებიდან, მაგრამ მნიშვნელობის ერთადერთი პარამეტრია ყველა მონაწილე ნაერთების მთლიანი მასა. იგივე უნდა დარჩეს.

ის ფაქტი, რომ წვის დაწვის შემდეგ წონის წონა ნაკლებია, საიდუმლო იყო, სანამ მეცნიერებმა არ გაიგეს მასის შენარჩუნების პრინციპი. მას შემდეგ, რაც მასა ვერ დაიკარგება, იგი სხვა ფორმაში უნდა გადაიზარდოს და ეს ხდება. წვის დროს, ხე აერთიანებს ჟანგბადს და წარმოქმნის ნახშირს და ჭვარტლს და გამოყოფს გაზებს, როგორიცაა ნახშირორჟანგი და ნახშირჟანგი. თქვენ შეგიძლიათ გამოთვალოთ ამ გაზების მთლიანი მასა წონის შესწონით დაწვის წინ და ცეცხლის ჩაქრობის შემდეგ დარჩენილი მყარი ნახშირბადის პროდუქტები. ამ წონებში სხვაობა უნდა იყოს გაზების საერთო წონა, რომლებიც ადის ბუხარზე. ეს არის მასობრივი პრობლემების კონსერვაციის გადაჭრის ძირითადი იდეა.

დაბალანსებული ქიმიური განტოლება არის ის, რაც აჩვენებს, რომ ატომები, ისევე როგორც ზოგადად მასა, არც იქმნება და არც განადგურებულია რეაქციის დროს, რასაც განტოლება აღწერს. რეაქციის განტოლების დაბალანსება არის მასობრივი პრობლემის შენარჩუნების ერთ – ერთი გზა. ამისათვის თქვენ აცნობიერებთ, რომ განტოლების ორივე მხარე შეიცავს რეაქციაში მონაწილე თითოეული ელემენტის ატომების ერთ რაოდენობას.

მაგალითად, ჟანგის წარმოქმნის გაუწონასწორებელი განტოლება, რომელიც არის რკინის კომბინაცია ჟანგბადთან და წარმოქმნის რკინის ოქსიდს, ასე გამოიყურება:

Fe + O₂ -> Fe₂ო₃

ეს განტოლება არ არის დაბალანსებული, რადგან ორივე მხარე შეიცავს სხვადასხვა რაოდენობის რკინის და ჟანგბადის ატომებს. მისი დასაბალანსებლად გამრავლებულია თითოეული რეაქტიული ნივთიერება და პროდუქტი კოეფიციენტზე, რომელიც აწარმოებს ორივე ელემენტის ერთი და იგივე რაოდენობის ატომებს:

4Fe + 3O₂ -> 2Fe₂2 ო₃

გაითვალისწინეთ, რომ ატომების რაოდენობა ნაერთში, რომლებიც წარმოდგენილია ქიმიური ფორმულის ხელმოწერებით, არასოდეს იცვლება. განტოლების დაბალანსება შეგიძლიათ მხოლოდ კოეფიციენტების შეცვლით.

აუცილებელი არ არის იცოდეთ ქიმიური განტოლება მასის შენარჩუნების მიზნით გადასაჭრელად რეაქციისთვის. მაგალითად, თუ წყალში გახსნით ორ ან მეტ ნაერთს, იცით, რომ ინგრედიენტების მასები უნდა გაუტოლდეს ხსნარის საერთო მასას. როგორც მაგალითი იმისა, თუ როგორ შეიძლება ეს სასარგებლო იყოს, განვიხილოთ სტუდენტი, რომელიც წონაში აყენებს ორი ნაერთის კონკრეტულ წონას წყლის ცნობილ რაოდენობაზე და შემდეგ დაიღვარა მცირე რაოდენობით ერთ-ერთი ნაერთი მისი გადატანისას გამოსავალი საბოლოო ამოხსნის აწონით, სტუდენტს შეუძლია ზუსტად გაარკვიოს, თუ რა რაოდენობის ნაერთი დაიკარგა.

თუ გარკვეული რეაქტორები გაერთიანდება ცნობილი პროდუქტების წარმოებისთვის და ცნობილია რეაქციის დაბალანსებული განტოლება, შესაძლებელია გამოანგარიშდეს რომელიმე რეაქტივის ან პროდუქტის დაკარგული მასა, თუ ყველა დანარჩენი არის ცნობილია მაგალითად, ნახშირბადის ტეტრაქლორიდი და ბრომი კომბინირდება და წარმოქმნის დიბრომოდიქლორმეთანს და ქლორის გაზს. ამ რეაქციის დაბალანსებული განტოლებაა:

CCL₄ + ძმ₂ -> CBr₂კლ₂ + Cl2

თუ იცით თითოეული რეაქტიული მასის მასა და შეგიძლიათ გაზომოთ რომელიმე პროდუქტის მასა, შეგიძლიათ გამოთვალოთ სხვა პროდუქტის მასა. ანალოგიურად, თუ გაზომავთ პროდუქტების მასებს და ერთ-ერთ რეაქტიულს, მაშინვე იცით სხვა რეაქტივის მასა.

დალუქულ ჭურჭელში სტუდენტი აერთიანებს 154 გრამ ნახშირბადის ტეტრაქლორიდს და უცნობი რაოდენობით ბრომს 243 გრამ დიბრომოდიქლორმეთანსა და 71 გრამ ქლორს. რამდენი ქლორი იქნა გამოყენებული რეაქციაში, თუ ჩავთვლით, რომ რეაქტივები სრულად გამოიყენება?

მას შემდეგ, რაც მასა შენარჩუნებულია, ჩვენ შეგვიძლია დავადგინოთ თანასწორობა, რომელშიც x წარმოადგენს ბრომის უცნობ რაოდენობას:

154 გ + x = 243 გ + 71 გრ

x = რეაქციაში მოხმარებული ბრომის მასა = 150 გრამი