Hoe de wet van behoud van massaproblemen op te lossen?

De wet van behoud van massa heeft een revolutie teweeggebracht in de studie van chemie en is een van de belangrijkste principes. Hoewel ontdekt door meerdere onderzoekers, wordt de formulering meestal toegeschreven aan de Franse wetenschapper Antoine Lavoisier en soms naar hem vernoemd. De wet is simpel: Atomen in een gesloten systeem kunnen niet worden gemaakt of vernietigd. In een reactie of reeks reacties moet de totale massa van de reactanten gelijk zijn aan de totale massa van de producten. In termen van massa wordt de pijl in een reactievergelijking een gelijkteken, wat een grote hulp is als het gaat om het bijhouden van hoeveelheden verbindingen in een complexe reactie.

TL; DR (te lang; niet gelezen)

Het balanceren van chemische vergelijkingen erkent dat beide zijden van de vergelijking hetzelfde aantal atomen van elk element moeten bevatten, dus het is een manier om het behoud van massa op te lossen. Je kunt ook massabehoud gebruiken om de massa's opgeloste stoffen in een oplossing te vinden.

Niets kan een gesloten systeem binnenkomen of ontsnappen, maar energie kan vrij passeren. De temperatuur in een gesloten systeem kan veranderen en een gesloten systeem kan worden bestraald met röntgenstralen of microgolven. U hoeft geen rekening te houden met de energie die vrijkomt tijdens een exotherme reactie of wordt geabsorbeerd tijdens een endotherme bij het meten van massa voor en na de reactie. Sommige verbindingen kunnen van toestand veranderen en sommige gassen kunnen worden geproduceerd uit vaste stoffen en vloeistoffen, maar de enige parameter die van belang is, is de totale massa van alle betrokken verbindingen. Het moet hetzelfde blijven.

Het feit dat een blok minder weegt nadat het verbrand is, was een mysterie totdat wetenschappers het principe van massabehoud begrepen. Omdat massa niet verloren kan gaan, moet ze in een andere vorm veranderen, en dat is wat er gebeurt. Tijdens de verbranding combineert het hout met zuurstof om houtskool en roet te produceren en geeft het gassen af ​​zoals kooldioxide en koolmonoxide. U kunt de totale massa van deze gassen berekenen door het houtblok te wegen voordat het wordt verbrand en de vaste koolstofproducten die overblijven nadat het vuur is gedoofd. Het verschil in deze gewichten moet gelijk zijn aan de totale gewichten van de gassen die door de schoorsteen gaan. Dit is het basisidee achter de oplossing van alle problemen met het behoud van massa.

Een uitgebalanceerde chemische vergelijking is er een die aantoont dat atomen, zoals massa in het algemeen, niet worden gecreëerd of vernietigd tijdens de reactie, die een vergelijking beschrijft. Het balanceren van een reactievergelijking is een manier om een ​​probleem van behoud van massa op te lossen. Om dit te doen, herken je dat beide zijden van de vergelijking hetzelfde aantal atomen bevatten van elk element dat bij de reactie is betrokken.

De ongebalanceerde vergelijking voor roestvorming, een combinatie van ijzer met zuurstof om ijzeroxide te produceren, ziet er bijvoorbeeld als volgt uit:

Fe + O₂ --> Fe₂O₃

Deze vergelijking is niet in evenwicht omdat de twee zijden verschillende aantallen ijzer- en zuurstofatomen bevatten. Om het in evenwicht te brengen, vermenigvuldigt u elk van de reactanten en de producten met een coëfficiënt die aan beide zijden hetzelfde aantal atomen van elk element produceert:

4Fe + 3O₂ --> 2Fe₂2O₃

Merk op dat het aantal atomen in een verbinding, weergegeven door de subscripts in een chemische formule, nooit verandert. U kunt een vergelijking alleen in evenwicht brengen door coëfficiënten te wijzigen.

Je hoeft niet per se de chemische vergelijking te kennen om een ​​reactie op te lossen voor het behoud van massa. Als u bijvoorbeeld twee of meer verbindingen in water oplost, weet u dat de massa's van de ingrediënten gelijk moeten zijn aan de totale massa van de oplossing. Als voorbeeld van hoe dit nuttig kan zijn, beschouw een leerling die bepaalde gewichten van twee verbindingen afweegt om toe te voegen: tot een bekende hoeveelheid water en morst vervolgens een kleine hoeveelheid van een van de verbindingen terwijl het wordt overgebracht naar de oplossing. Door de uiteindelijke oplossing te wegen, kan de student precies berekenen hoeveel van de verbinding verloren is gegaan.

Als bepaalde reactanten combineren om bekende producten te produceren en de evenwichtige reactievergelijking bekend is, het is mogelijk om de ontbrekende massa van een van de reactanten of producten te berekenen als alle andere zijn bekend. Tetrachloorkoolstof en broom worden bijvoorbeeld gecombineerd om dibroomdichloormethaan en chloorgas te vormen. De gebalanceerde vergelijking voor deze reactie is:

CCl₄ + Br₂ --> CBr₂kl₂ + Cl2

Als je de massa's van elk van de reactanten kent en de massa van een van de producten kunt meten, kun je de massa van het andere product berekenen. Evenzo, als je de massa's van de producten en een van de reactanten meet, weet je meteen de massa van de andere reactant.

Een student combineert 154 gram tetrachloorkoolstof en een onbekende hoeveelheid broom in een afgesloten container om 243 gram dibroomdichloormethaan en 71 gram chloor te produceren. Hoeveel chloor is er bij de reactie gebruikt, ervan uitgaande dat de reactanten volledig zijn verbruikt?

Omdat massa behouden blijft, kunnen we een gelijkheid opstellen waarin x de onbekende hoeveelheid broom voorstelt:

154g + x = 243g + 71g

x = de massa broom verbruikt in de reactie = 150 gram