Hvordan løse lov om bevaring av masseproblemer

Loven om bevaring av masse revolusjonerte studiet av kjemi og er et av de viktigste prinsippene. Selv om det ble oppdaget av flere forskere, tilskrives formuleringen oftest den franske forskeren Antoine Lavoisier og er noen ganger oppkalt etter ham. Loven er enkel: Atomer i et lukket system kan verken skapes eller ødelegges. I en reaksjon eller serie reaksjoner må den totale massen av reaktantene være lik den totale massen av produktene. Når det gjelder masse, blir pilen i en reaksjonsligning et likhetstegn, noe som er til stor hjelp når det gjelder å holde oversikt over mengder av forbindelser i en kompleks reaksjon.

TL; DR (for lang; Leste ikke)

Å balansere kjemiske ligninger anerkjenner at begge sider av ligningen må inneholde like mange atomer for hvert element, så det er en måte å løse for bevaring av masse. Du kan også bruke bevaring av masse for å finne massene av oppløste stoffer i en løsning.

Uansett kan det komme inn eller unnslippe et lukket system, men energi kan passere fritt. Temperaturen i et lukket system kan endres, og et lukket system kan bestråles av røntgenstråler eller mikrobølger. Du trenger ikke ta hensyn til energien som avgis under en eksoterm reaksjon eller absorberes under en endoterm energimåling før og etter reaksjonen. Noen forbindelser kan endre tilstand, og noen gasser kan produseres fra faste stoffer og væsker, men den eneste parameteren som er viktig er den totale massen av alle involverte forbindelser. Det må være det samme.

Det faktum at en stokk veier mindre etter at den brenner, var noe av et mysterium før forskerne forsto prinsippet om bevaring av masse. Siden masse ikke kan gå tapt, må den forvandles til en annen form, og det er det som skjer. Under forbrenningen kombineres treet med oksygen for å produsere kull og sot, og det avgir gasser som karbondioksid og karbonmonoksid. Du kan beregne den totale massen av disse gassene ved å veie loggen før de brennes, og de faste karbonproduktene som er igjen etter at brannen slukkes. Forskjellen i disse vektene må være lik den totale vekten av gassene som går opp i skorsteinen. Dette er den grunnleggende ideen bak løsningen av all bevaring av masseproblemer.

En balansert kjemisk ligning er en som demonstrerer at atomer, som masse generelt, verken skapes eller ødelegges under reaksjonen, noe en ligning beskriver. Å balansere en reaksjonsligning er en måte å løse en bevaring av masseproblemet på. For å gjøre dette, anerkjenner du at begge sider av ligningen inneholder like mange atomer for hvert element som er involvert i reaksjonen.

For eksempel ser den ubalanserte ligningen for rustdannelse, som er en kombinasjon av jern og oksygen for å produsere jernoksid, slik ut:

Fe + O₂ -> Fe₂O₃

Denne ligningen er ikke balansert fordi de to sidene inneholder forskjellige antall jern- og oksygenatomer. For å balansere det, multipliser hver av reaktantene og produktene med en koeffisient som produserer det samme antallet atomer av hvert element på begge sider:

4Fe + 3O₂ -> 2Fe₂2O₃

Merk at antall atomer i en forbindelse, representert ved abonnementene i en kjemisk formel, aldri endres. Du kan bare balansere en ligning ved å endre koeffisienter.

Du trenger ikke nødvendigvis å vite den kjemiske ligningen for at en reaksjon skal løse for bevaring av masse. Hvis du for eksempel løser opp to eller flere forbindelser i vann, vet du at massene av ingrediensene må være den totale massen av løsningen. Som et eksempel på hvordan dette kan være nyttig, kan du vurdere en student som veier ut spesielle vekter av to forbindelser som skal tilsettes til en kjent mengde vann og søl deretter en liten mengde av en av forbindelsene mens den overføres til løsning. Ved å veie den endelige løsningen, kan studenten finne ut nøyaktig hvor mye av forbindelsen som gikk tapt.

Hvis visse reaktanter kombineres for å produsere kjente produkter, og den balanserte ligningen av reaksjonen er kjent, det er mulig å beregne den manglende massen til en av reaktantene eller produktene hvis alle de andre er kjent. For eksempel kombineres karbontetraklorid og brom for å danne dibromiklormetan og klorgass. Den balanserte ligningen for denne reaksjonen er:

CCl₄ + Br₂ -> CBr₂Cl₂ + Cl2

Hvis du kjenner massene til hver av reaktantene og kan måle massen til et av produktene, kan du beregne massen til det andre produktet. På samme måte, hvis du måler massene til produktene og en av reaktantene, kjenner du umiddelbart massen til den andre reaktanten.

En student kombinerer 154 gram karbontetraklorid og en ukjent mengde brom i en forseglet beholder for å produsere 243 gram dibromdiklormetan og 71 gram klor. Hvor mye klor ble brukt i reaksjonen, forutsatt at reaktantene er fullstendig brukt u__p?

Siden masse er bevart, kan vi sette opp en likhet der x representerer den ukjente mengden brom:

154g + x = 243g + 71g

x = massen av brom forbrukes i reaksjonen = 150 gram