Cum se rezolvă legea conservării problemelor de masă

Legea conservării masei a revoluționat studiul chimiei și este unul dintre cele mai importante principii ale sale. Deși a fost descoperită de mai mulți cercetători, formularea sa este cel mai adesea atribuită omului de știință francez Antoine Lavoisier și este numită uneori după el. Legea este simplă: atomii dintr-un sistem închis nu pot fi nici creați, nici distruși. Într-o reacție sau o serie de reacții, masa totală a reactanților trebuie să fie egală cu masa totală a produselor. În ceea ce privește masa, săgeata dintr-o ecuație de reacție devine un semn egal, ceea ce este de mare ajutor atunci când vine vorba de urmărirea cantităților de compuși într-o reacție complexă.

TL; DR (Prea lung; Nu am citit)

Echilibrarea ecuațiilor chimice recunoaște că ambele părți ale ecuației trebuie să conțină același număr de atomi din fiecare element, deci este o modalitate de a rezolva pentru conservarea masei. De asemenea, puteți utiliza conservarea masei pentru a găsi masele de substanțe dizolvate într-o soluție.

Nici o materie nu poate intra sau scăpa de un sistem închis, dar energia poate trece liber. Temperatura din interiorul unui sistem închis se poate modifica, iar un sistem închis poate fi iradiat de raze X sau microunde. Nu trebuie să luați în considerare energia degajată în timpul unei reacții exoterme sau absorbită în timpul unei reacții endoterme atunci când măsurați masa înainte și după reacție. Unii compuși pot schimba starea, iar unele gaze pot fi produse din solide și lichide, dar singurul parametru de importanță este masa totală a tuturor compușilor implicați. Trebuie să rămână la fel.

Faptul că un buștean cântărește mai puțin după ce a ars a fost ceva misterios până când oamenii de știință au înțeles principiul conservării masei. Deoarece masa nu poate fi pierdută, ea trebuie să se transforme într-o altă formă și asta se întâmplă. În timpul arderii, lemnul se combină cu oxigenul pentru a produce cărbune și funingine și degajă gaze precum dioxidul de carbon și monoxidul de carbon. Puteți calcula masa totală a acestor gaze cântărind bușteanul înainte de ardere și produsele solide din carbon rămase după stingerea incendiului. Diferența dintre aceste greutăți trebuie să fie egală cu greutățile totale ale gazelor care urcă pe horn. Aceasta este ideea de bază din spatele soluției tuturor conservării problemelor de masă.

O ecuație chimică echilibrată este una care demonstrează că atomii, la fel ca masa în general, nu sunt nici creați, nici distruși în timpul reacției, pe care o ecuație o descrie. Echilibrarea unei ecuații de reacție este o modalitate de a rezolva o problemă de conservare a masei. Pentru a face acest lucru, recunoașteți că ambele părți ale ecuației conțin același număr de atomi din fiecare element implicat în reacție.

De exemplu, ecuația dezechilibrată pentru formarea ruginii, care este o combinație de fier cu oxigen pentru a produce oxid de fier, arată astfel:

Fe + O₂ -> Fe₂O₃

Această ecuație nu este echilibrată, deoarece cele două părți conțin un număr diferit de atomi de fier și oxigen. Pentru a-l echilibra, înmulțiți fiecare dintre reactanți și produse cu un coeficient care produce același număr de atomi pentru fiecare element pe ambele părți:

4Fe + 3O₂ -> 2Fe₂2O₃

Rețineți că numărul de atomi dintr-un compus, reprezentat de indicii într-o formulă chimică, nu se schimbă niciodată. Puteți echilibra o ecuație doar modificând coeficienții.

Nu trebuie neapărat să cunoașteți ecuația chimică pentru ca o reacție să fie rezolvată pentru conservarea masei. De exemplu, dacă dizolvați doi sau mai mulți compuși în apă, știți că masele ingredientelor trebuie să fie egale cu masa totală a soluției. Ca exemplu al modului în care acest lucru poate fi util, luați în considerare un student care cântărește greutăți specifice a doi compuși de adăugat la o cantitate cunoscută de apă și apoi varsă o cantitate mică dintr-unul dintre compuși în timp ce o transferă în soluţie. Cântărind soluția finală, studentul își poate da seama exact cât din compus s-a pierdut.

Dacă anumiți reactanți se combină pentru a produce produse cunoscute și se cunoaște ecuația echilibrată a reacției, este posibil să se calculeze masa lipsă a unuia dintre reactanți sau produse dacă toate celelalte sunt cunoscut. De exemplu, tetraclorura de carbon și bromul se combină pentru a forma dibromodiclormetan și clor gazos. Ecuația echilibrată pentru această reacție este:

CCl₄ + Fr₂ -> CBr₂Cl₂ + Cl2

Dacă cunoașteți masele fiecăruia dintre reactanți și puteți măsura masa unuia dintre produse, puteți calcula masa celuilalt produs. În mod similar, dacă măsurați masele produselor și unul dintre reactanți, cunoașteți imediat masa celuilalt reactant.

Un student combină 154 de grame de tetraclorură de carbon și o cantitate necunoscută de brom într-un recipient sigilat pentru a produce 243 de grame de dibromodiclormetan și 71 de grame de clor. Cât de mult clor a fost utilizat în reacție, presupunând că reactanții sunt complet utilizați u__p?

Deoarece masa este conservată, putem stabili o egalitate în care x reprezintă cantitatea necunoscută de brom:

154g + x = 243g + 71g

x = masa de brom consumată în reacție = 150 grame