Ako vyriešiť zákon zachovania hromadných problémov

Zákon o ochrane hmoty priniesol revolúciu v štúdiu chémie a je jedným z jeho najdôležitejších princípov. Aj keď ho objavili viacerí vedci, jeho formulácia sa najčastejšie pripisuje francúzskemu vedcovi Antoineovi Lavoisierovi a niekedy je podľa neho pomenovaná. Zákon je jednoduchý: Atómy v uzavretom systéme nemožno vytvárať ani ničiť. Pri reakcii alebo sérii reakcií sa musí celková hmotnosť reaktantov rovnať celkovej hmotnosti produktov. Pokiaľ ide o hmotnosť, šípka v reakčnej rovnici sa stáva znamienkom rovnosti, čo je veľká pomoc pri sledovaní množstva zlúčenín v komplexnej reakcii.

TL; DR (príliš dlhý; Nečítali)

Vyrovnávanie chemických rovníc uznáva, že obe strany rovnice musia obsahovať rovnaký počet atómov každého prvku, takže je to jeden spôsob riešenia zachovania hmotnosti. Môžete tiež použiť konzerváciu hmoty na nájdenie hmôt rozpustených látok v roztoku.

Do uzavretého systému nemôže vstúpiť alebo z neho uniknúť žiadny človek, energia však môže voľne prechádzať. Teplota vo vnútri uzavretého systému sa môže meniť a uzavretý systém môže byť ožarovaný röntgenovými lúčmi alebo mikrovlnami. Pri meraní hmotnosti pred a po reakcii nemusíte brať do úvahy energiu vydanú počas exotermickej reakcie alebo absorbovanú počas endotermickej reakcie. Niektoré zlúčeniny môžu meniť skupenstvo a niektoré plyny môžu byť vyrobené z tuhých látok a kvapalín, jediným dôležitým parametrom je však celková hmotnosť všetkých zúčastnených zlúčenín. Musí to zostať rovnaké.

Skutočnosť, že guľatina po spálení váži menej, bola záhadou, kým vedci nepochopili princíp zachovania hmotnosti. Pretože hmota sa nedá stratiť, musí sa transformovať do inej formy, a to sa stáva. Počas spaľovania sa drevo kombinuje s kyslíkom, aby vzniklo drevené uhlie a sadze, a uvoľňuje plyny, ako je oxid uhličitý a oxid uhoľnatý. Celkovú hmotnosť týchto plynov môžete vypočítať vážením guľatiny pred spálením a tuhých uhlíkových produktov zostávajúcich po uhasení ohňa. Rozdiel v týchto hmotnostiach sa musí rovnať celkovej hmotnosti plynov, ktoré vstupujú do komína. Toto je základná myšlienka riešenia všetkého zachovania hromadných problémov.

Vyvážená chemická rovnica je rovnica, ktorá demonštruje, že atómy, ako napríklad hmotnosť všeobecne, sa počas reakcie, ktorú rovnica popisuje, nevytvárajú ani nezničia. Vyváženie reakčnej rovnice je jedným zo spôsobov riešenia zachovania hromadného problému. Rozpoznáte to tak, že obe strany rovnice obsahujú rovnaký počet atómov každého prvku zapojeného do reakcie.

Napríklad nevyvážená rovnica pre vznik hrdze, ktorá je kombináciou železa s kyslíkom na výrobu oxidu železa, vyzerá takto:

Fe + O₂ -> Fe₂O₃

Táto rovnica nie je vyvážená, pretože obe strany obsahujú rozdielny počet atómov železa a kyslíka. Aby ste to vyvážili, vynásobte každú z reaktantov a produktov koeficientom, ktorý produkuje rovnaký počet atómov každého prvku na oboch stranách:

4Fe + 3O₂ -> 2 Fe₂2O₃

Upozorňujeme, že počet atómov v zlúčenine, predstavovaný indexmi v chemickom vzorci, sa nikdy nemení. Rovnicu môžete vyvážiť iba úpravou koeficientov.

Pre reakciu na zachovanie hmotnosti nemusíte nevyhnutne poznať chemickú rovnicu pre reakciu. Napríklad, ak rozpustíte dve alebo viac zlúčenín vo vode, viete, že hmotnosť zložiek sa musí rovnať celkovej hmotnosti roztoku. Ako príklad toho, ako to môže byť užitočné, zvážte študenta, ktorý váži konkrétne hmotnosti dvoch zlúčenín, ktoré je potrebné pridať na známe množstvo vody a potom vyleje malé množstvo jednej zo zlúčenín a prenesie ju do Riešenie. Po zvážení konečného riešenia môže študent presne zistiť, o koľko sa zlúčenina stratila.

Ak sa určité reaktanty spoja, aby vytvorili známe produkty, a vyvážená rovnica reakcie je známa, je možné vypočítať chýbajúcu hmotnosť jedného z reaktantov alebo produktov, ak sú všetky ostatné známe. Napríklad tetrachlórmetán a bróm sa spoja, aby vytvorili dibrómdichlórmetán a plynný chlór. Vyvážená rovnica pre túto reakciu je:

CCl₄ + Br₂ -> CBr₂Cl₂ + Cl2

Ak poznáte hmotnosti každého z reaktantov a viete zmerať hmotnosť jedného z produktov, môžete vypočítať hmotnosť druhého produktu. Podobne, ak zmeriate hmotnosti produktov a jedného z reaktantov, okamžite zistíte hmotnosť druhého reaktantu.

Študent spojí 154 gramov tetrachlórmetánu a neznámeho množstva brómu v zapečatenej nádobe a vyprodukuje 243 gramov dibrómdichlórmetánu a 71 gramov chlóru. Koľko chlóru bolo použitých pri reakcii za predpokladu, že reaktanty sú úplne použité u__p?

Pretože je hmotnosť zachovaná, môžeme nastaviť rovnosť, v ktorej x predstavuje neznáme množstvo brómu:

154 g + x = 243 g + 71 g

x = hmotnosť brómu spotrebovaného pri reakcii = 150 gramov