Kā atrisināt masu problēmu saglabāšanas likumu

Masu saglabāšanas likums radīja pārmaiņas ķīmijas studijās un ir viens no svarīgākajiem tās principiem. Lai gan to atklāja vairāki pētnieki, tā formulējums visbiežāk tiek attiecināts uz franču zinātnieku Antuānu Lavoizjē un dažreiz tiek nosaukts viņa vārdā. Likums ir vienkāršs: atomus slēgtā sistēmā nevar ne radīt, ne iznīcināt. Reakcijā vai reakciju sērijā reaģentu kopējai masai jābūt vienādai ar produktu kopējo masu. Masas ziņā bultiņa reakcijas vienādojumā kļūst par vienlīdzības zīmi, kas ir liels palīgs, izsekojot savienojumu daudzumam sarežģītā reakcijā.

TL; DR (pārāk ilgi; Nelasīju)

Balansējot ķīmiskos vienādojumus, tiek atzīts, ka vienādojuma abās pusēs jābūt vienādam katra elementa atomu skaitam, tāpēc tas ir viens no risinājumiem, kā saglabāt masu. Varat arī izmantot masas saglabāšanu, lai šķīdumā atrastu izšķīdušo vielu masas.

Neviena lieta nevar iekļūt slēgtā sistēmā vai izkļūt no tās, bet enerģija var brīvi pāriet. Temperatūra slēgtā sistēmā var mainīties, un slēgtu sistēmu var apstarot ar rentgena stariem vai mikroviļņiem. Mērot masu pirms un pēc reakcijas, jums nav jāņem vērā enerģija, kas izdalīta eksotermiskas reakcijas laikā vai absorbēta endotermiskas reakcijas laikā. Daži savienojumi var mainīt stāvokli, un dažas gāzes var veidoties no cietām vielām un šķidrumiem, bet vienīgais svarīgais parametrs ir visu iesaistīto savienojumu kopējā masa. Tam jāpaliek nemainīgam.

Fakts, ka baļķis pēc sadedzināšanas sver mazāk, bija kaut kas noslēpums, līdz zinātnieki saprata masas saglabāšanas principu. Tā kā masu nevar zaudēt, tai ir jāpārveidojas citā formā, un tas arī notiek. Sadegšanas laikā koksne apvienojas ar skābekli, iegūstot kokogles un kvēpus, un tā izdala tādas gāzes kā oglekļa dioksīds un oglekļa monoksīds. Šo gāzu kopējo masu var aprēķināt, pirms dedzināšanas nosverot baļķi un cietos oglekļa produktus, kas palikuši pēc ugunsgrēka dzēšanas. Šo svaru starpībai jābūt vienādai ar kopējo svaru gāzēm, kas iet augšā pa skursteni. Tā ir visa masu problēmu saglabāšanas risinājuma pamatideja.

Sabalansēts ķīmiskais vienādojums ir tāds, kas parāda, ka atomi, tāpat kā masa kopumā, reakcijas laikā netiek izveidoti un iznīcināti, ko apraksta vienādojums. Reakcijas vienādojuma līdzsvarošana ir viens no veidiem, kā atrisināt masas problēmas saglabāšanu. Lai to izdarītu, jūs atzīstat, ka vienādojuma abās pusēs ir vienāds katra reakcijā iesaistītā elementa atomu skaits.

Piemēram, nelīdzsvarotais rūsas veidošanās vienādojums, kas ir dzelzs un skābekļa kombinācija dzelzs oksīda ražošanai, izskatās šādi:

Fe + O₂ -> Fe₂O₃

Šis vienādojums nav līdzsvarots, jo abās pusēs ir atšķirīgs dzelzs un skābekļa atomu skaits. Lai to līdzsvarotu, reiziniet katru reaģentu un produktus ar koeficientu, kas abās pusēs rada vienādu katra elementa atomu skaitu:

4Fe + 3O₂ -> 2Fe₂2O₃

Ņemiet vērā, ka savienojuma atomu skaits, ko ķīmiskās formulas attēlo abonenti, nekad nemainās. Vienādojumu var līdzsvarot, mainot koeficientus.

Jums nav obligāti jāzina ķīmiskais vienādojums, lai reakcija tiktu atrisināta, lai saglabātu masu. Piemēram, ja ūdenī izšķīdināt divus vai vairāk savienojumus, jūs zināt, ka sastāvdaļu masām jābūt vienādām ar šķīduma kopējo masu. Kā piemēru tam, kā tas var būt noderīgi, apsveriet studentu, kurš nosver divu pievienojamo savienojumu īpašo svaru uz zināmu ūdens daudzumu un pēc tam izlej nelielu daudzumu viena no savienojumiem, pārnesot to uz risinājums. Nosverot galīgo šķīdumu, students var precīzi noskaidrot, cik daudz savienojuma tika zaudēts.

Ja daži reaģenti apvienojas, lai iegūtu zināmus produktus un ir zināms līdzsvarots reakcijas vienādojums, ir iespējams aprēķināt viena reaģenta vai produkta trūkstošo masu, ja visi pārējie ir zināms. Piemēram, tetrahlorogleklis un broms apvienojas, veidojot dibromdihlormetānu un hlora gāzi. Šīs reakcijas līdzsvarotais vienādojums ir:

CCl₄ + Br₂ -> CBr₂Cl₂ + Cl2

Ja jūs zināt katra reaģenta masu un varat izmērīt viena produkta masu, varat aprēķināt otra produkta masu. Līdzīgi, mērot produktu un viena reaģenta masas, jūs uzreiz zināt otra reaģenta masu.

Students slēgtā traukā apvieno 154 gramus tetrahloroglekļa un nezināmu broma daudzumu, iegūstot 243 gramus dibromdihlormetāna un 71 gramu hlora. Cik daudz hlora tika izmantots reakcijā, pieņemot, ka reaģenti tiek pilnībā izmantoti u__p?

Tā kā masa tiek saglabāta, mēs varam iestatīt vienādību, kurā x apzīmē nezināmo broma daudzumu:

154g + x = 243g + 71g

x = reakcijā patērētā broma masa = 150 grami