Como Resolver Problemas da Lei de Conservação de Massa

A Lei de Conservação de Massa revolucionou o estudo da química e é um de seus princípios mais importantes. Embora descoberta por vários pesquisadores, sua formulação é mais frequentemente atribuída ao cientista francês Antoine Lavoisier e às vezes leva o seu nome. A lei é simples: os átomos em um sistema fechado não podem ser criados nem destruídos. Em uma reação ou série de reações, a massa total dos reagentes deve ser igual à massa total dos produtos. Em termos de massa, a seta em uma equação de reação torna-se um sinal de igual, o que é uma grande ajuda quando se trata de controlar as quantidades de compostos em uma reação complexa.

TL; DR (muito longo; Não li)

O balanceamento de equações químicas reconhece que ambos os lados da equação devem conter o mesmo número de átomos de cada elemento, portanto, é uma maneira de resolver a conservação da massa. Você também pode usar a conservação de massa para encontrar as massas de solutos em uma solução.

Nenhuma matéria pode entrar ou escapar de um sistema fechado, mas a energia pode passar livremente. A temperatura dentro de um sistema fechado pode mudar, e um sistema fechado pode ser irradiado por raios X ou microondas. Você não precisa considerar a energia emitida durante uma reação exotérmica ou absorvida durante uma reação endotérmica ao medir a massa antes e depois da reação. Alguns compostos podem mudar de estado e alguns gases podem ser produzidos a partir de sólidos e líquidos, mas o único parâmetro importante é a massa total de todos os compostos envolvidos. Deve permanecer o mesmo.

O fato de uma tora pesar menos depois de ser queimada era um mistério até que os cientistas entendessem o princípio da conservação da massa. Já que a massa não pode ser perdida, ela deve se transformar em outra forma, e é isso que acontece. Durante a combustão, a madeira se combina com o oxigênio para produzir carvão e fuligem, e emite gases como dióxido de carbono e monóxido de carbono. Você pode calcular a massa total desses gases pesando a tora antes da queima e os produtos de carbono sólido remanescentes depois que o fogo se extingue. A diferença entre esses pesos deve ser igual aos pesos totais dos gases que sobem pela chaminé. Esta é a ideia básica por trás da solução de todos os problemas de conservação de massa.

Uma equação química balanceada é aquela que demonstra que os átomos, como a massa em geral, não são criados nem destruídos durante a reação, que uma equação descreve. Equilibrar uma equação de reação é uma maneira de resolver um problema de conservação de massa. Para fazer isso, você reconhece que ambos os lados da equação contêm o mesmo número de átomos de cada elemento envolvido na reação.

Por exemplo, a equação desequilibrada para a formação de ferrugem, que é uma combinação de ferro com oxigênio para produzir óxido de ferro, é assim:

Fe + O₂ -> Fe₂O₃

Essa equação não está equilibrada porque os dois lados contêm números diferentes de átomos de ferro e oxigênio. Para equilibrar, multiplique cada um dos reagentes e produtos por um coeficiente que produza o mesmo número de átomos de cada elemento em ambos os lados:

4Fe + 3O₂ -> 2Fe₂2O₃

Observe que o número de átomos em um composto, representado pelos subscritos em uma fórmula química, nunca muda. Você só pode equilibrar uma equação modificando os coeficientes.

Você não precisa necessariamente conhecer a equação química de uma reação para resolver a conservação da massa. Por exemplo, se você dissolver dois ou mais compostos em água, sabe que a massa dos ingredientes deve ser igual à massa total da solução. Como um exemplo de como isso pode ser útil, considere um aluno que pondera pesos específicos de dois compostos para adicionar a uma quantidade conhecida de água e, em seguida, derrama uma pequena quantidade de um dos compostos ao transferi-la para o solução. Ao pesar a solução final, o aluno pode descobrir exatamente quanto do composto foi perdido.

Se certos reagentes se combinam para produzir produtos conhecidos e a equação balanceada da reação é conhecida, é possível calcular a massa em falta de um dos reagentes ou produtos se todos os outros forem conhecido. Por exemplo, tetracloreto de carbono e bromo se combinam para formar dibromodiclorometano e cloro gasoso. A equação balanceada para esta reação é:

CCl₄ + Br₂ -> CBr₂Cl₂ + Cl2

Se você conhece as massas de cada um dos reagentes e pode medir a massa de um dos produtos, pode calcular a massa do outro produto. Da mesma forma, se você medir as massas dos produtos e de um dos reagentes, saberá imediatamente a massa do outro reagente.

Um aluno combina 154 gramas de tetracloreto de carbono e uma quantidade desconhecida de bromo em um recipiente selado para produzir 243 gramas de dibromodiclorometano e 71 gramas de cloro. Quanto cloro foi usado na reação, assumindo que os reagentes são completamente usados ​​u__p?

Como a massa é conservada, podemos estabelecer uma igualdade em que x representa a quantidade desconhecida de bromo:

154g + x = 243g + 71g

x = a massa de bromo consumida na reação = 150 gramas